[发明专利]一种三相牵引供电系统和车载供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及城市轨道和干线铁路牵引供电领域。

背景技术

在供电容量(能力)相同情况下，三相发电机、电动机、变压器、输电线都较单相同类元件的制造和建造更节省材料，而且构造简单，性能优良，并且三相电功率的瞬时值保持恒定不变，因此三相交流电在工业上获得了广泛的应用。

可以理解，最早的理想的电车是尝试三相供电。早在18世纪后期，欧洲就出现了架设于电车上方三条架空线的电车线路，也尝试了架设于电车上方两条架空线供电的电车线路，例如1771年，西门子和哈尔斯克公司在柏林近郊的利希特菲尔德车站和军事学院之间修建了一条长2 134m的电车线路，同年又在法国巴黎国际电工展览会上展出了第一条长400m的由两条架空导线供电的电车线路。但是由于三条架空线需要三极受电弓、两条架空线需要两双极受电弓，这种架空线和受电弓的接触结构过于复杂，其可靠性也成为难以逾越的障碍，加之过道岔的技术难题，该方式用于干线铁路的实用性受到严重挑战，因此逐渐被低压直流和单相交流供电方式所取代。非常遗憾，三相交流电的优势不能在铁路牵引供电上得到应有的发挥。

低压直流和单相交流供电方式具有结构简单、建设成本低、运用和维护方便等优点，这就决定其发展优势和后来不可取代和不可逆转的地位。

由于行车密度大、站间距短、运量较小等特点，地铁、轻轨等城市轨道一直使用低压直流供电。而干线铁路站间距长、运量大，自从世界上出现第一条27.5kV工频单相交流电气化铁路之后，干线铁路就不再采用低压直流供电方式。

截止目前，地铁、轻轨等城市轨道仍然采用低压直流供电方式，虽然直流供电方式有着没有分相、供电不间断等突出优点，但它产生的杂散电流确实不容忽视的。杂散电流对道床钢筋结构、隧道内钢筋结构和沿线的金属管线等设施都将产生电化学腐蚀，从而影响这些构筑物和金属设施的安全和使用寿命。对此，采取了排流保护、走行轨降阻、杂散电流收集和管道外涂等杂散电流腐蚀防护措施，有较大的资金投入，但仍不能从根本上消除杂散电流及其长期腐蚀影响。

另外，干线铁路和地铁、轻轨等城市轨道采用架空接触网+走行轨(钢轨)形式牵引网都占有较大的空间，需要增大隧道断面，进而增加施工难度和成本。

申请人提出了“一种轨道交通供电构造(ZL 201510213833.5)”，目的就是提供一种敷设于两条钢轨中间的结构紧凑、运行方便的轨道交通供电构造，可以不断电过道岔，不额外占用空间，并从根本上消除杂散电流和跨步电压，保护人身和设备安全。此前，申请人还提出了“一种电气化铁路同轴电缆供电系统(ZL 201310261240.8)”，目的是提供一种电气化铁路同轴电缆供电系统，主要用于干线铁路运输和城市轨道交通的工频单相牵引供电领域，最大限度地延长供电臂长度，避免或减少分相，使交通运输更为顺畅。但显然，这都属于单相交流供电方式。单相电功率不像三相电功率那样瞬时值保持恒定不变，而是2倍工频波动的。

申请人还提出了“一种轨道交通三相交流供电构造(ZL 2105 2 0275380.0)”，这属于三相交流供电系统，虽然与“一种轨道交通供电构造(ZL201510213833.5)”相比能表现出三相交流供电的优势，但它需要添加第三条供电轨，使接触结构的复杂性增加，投资也会增加。

回顾一百多年的历史和三相电的优势，现在梦寐以求要解决的技术问题是：如何在不增加牵引供电接触结构复杂性的情况下实现三相交流牵引供电，使三相交流电的优势在干线铁路和城市轨道中发挥到最佳水平，在相同的材料情况下增加供电容量(能力)，在相同容量下节约材料，提高材料利用率；同时，接触结构不额外占用空间，可以不断电过道岔，很好地抑制杂散电流，降低跨步电压。

总的看，现行干线铁路和地铁、轻轨等城市轨道采用的架空接触网+走行轨(钢轨)形式牵引网属于单相“一线一地”方式，“一种电气化铁路同轴电缆供电系统(ZL 201310261240.8)”的接触结构也属于单相“一线一地”方式，“一种轨道交通供电构造(ZL 201510213833.5)”属于单相“两线”方式，“一种轨道交通三相交流供电构造(ZL 2105 2 0275380.0)”属于三相“三线”方式，本申请将提出一种接触结构属于三相“两线”方式的两级(中压到低压)牵引供电方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相牵引供电系统，它能有效地解决牵引供电系统的结构性技术问题，可以提高供电容量或者节约供电材料，使三相交流电的优势在牵引供电中发挥到最佳水平，并很好地抑制杂散电流，降低跨步电压。