用于将铁路线路的铁路电源连接到三相供电网的装置

摘要

本发明涉及一种用于将铁路线路的铁路电源(PF1，PF2，NF1，NF2)连接到三相供电网(L1，L2，L3)的装置(40)，其中装置具有三相交流变压器(42‑44，55‑62，64，65)和用于三相供电网(L1，L2，L3)的三个相的均匀的电负载的平衡装置(41)，其中三相交流变压器(42‑44，55‑62，64，65)在初级侧适用于与三相供电网(L1，L2，L3)连接并且在次级侧与平衡装置(41)连接，其特征在于，三相交流变压器(42‑44，55‑62，64，65)适用于连接到铁路电源，其具有带有两个滑接线(PF1，PF2)和沿着铁路线路绝缘地一起传导的两个导体(NF1，NF2)的自耦变压器系统。

说明书

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的用于将铁路线路的铁路电源连接到三相供电网的装置。

背景技术

在铁路电源中通常采用单相的架空线系统，其电能必须由常规的三相供电网获得。

由F.Kieβling、R.Puschmann和A.Schmieder的参考手册“Fahrleitungenelektrischer Bahnen”2014年第三版第76至85页公知铁路电源到三相供电网的不同的连接可能性。由此可以在所谓的单相铁路中分别对于铁路电源的各个段交替地从三相供电网的各个外部导体中获得所需的电压(第77页图1.29)。这导致了三相供电网的负载不对称。此外，所谓的双电压铁路电源(第78页图1.30，第78页正文ff)描述为在自耦变压器中被应用。

在已知的自耦变压器系统中，在铁路电源的分站中借助变压器从三相供电网对于每个滑接线段，向滑接线(所谓的“positive Feeder”，正馈线)和沿着铁路线路绝缘地一起传导的导体(所谓的“negative Feeder”，负馈线)馈电。在分站上连接具有地电位的轨道。沿着滑接线段存在至少一个自耦变压器，其与两个导线连接并且在其中间抽头处与轨道连接。如果机动车驶过滑接线段，则机动车从分站的方向上获得第一馈电电流并且从滑接线段端部的方向上获得第二馈电电流。两个馈电电流彼此相位偏移了180°。

自耦变压器系统被用于铁路电源，因为经由远的线路，滑接线的负载电流减半并且由此也减小了相应的压降。由此在铁中电源中在自耦变压器系统的情况下，可以增加铁路线路上的分站的距离，这节省了开销。此外，减小了对远程报告导线的干扰影响。

此外，由DE102008012325 A1公开了一种这类的装置。该装置用于将铁路线路的架空线的至少一个单相的供电导线连接到三相供电网，其中至少一个变压器在初级侧与供电网连接并且在次级侧与至少一个单相的供电导线连接并且与接地点连接或与反馈导线连接。在该情况下，变压器在初级侧以及在次级侧分别具有三个相。平衡装置与至少一个单相的供电导线并且与接地点连接，该平衡装置减小了所谓的倾斜负载或供电网的三个相的不对称的电负载。平衡装置构造为三相的自换向的电压中间电路变流器。此外可能的是，将两个变压器连接到三相供电网，以借助平衡装置向两个不同的架空线段馈电。在该情况下，两个变压器在初级侧以及在次级侧具有两个相。

此外，由西门子公司2012年3月8日的产品说明“SVC PLUS-System Description”公知一种平衡装置。对于无功功率补偿采用所谓的模块化的多级变换器。

发明内容

基于DE102008012325 A1，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于将铁路线路的铁路电源连接到三相供电网的装置，利用其相对简单且有效地向自耦变压器系统的两个滑接线段馈送电能并且同时避免三相供电网的电负载的不对称。

本发明通过按照权利要求1所述的装置来解决上述技术问题。

虽然在DE102008012325 A1的说明书序言中提到了，在该文件中描述的铁路电源的单相供电导线可以是自耦变压器系统的部分，但是仍然公开了为此应当怎样使用三相交流变压器。

按照本发明的装置的优点是，利用其可以在三相交流变压器和平衡装置的简单且有效的连接中给两个不同的滑接线段馈电，其中同时避免了在三相供电网的电负载中的不对称。

另外的优点是，相对于在高压层上或在三相供电网中应用平衡装置，在三相交流变压器的次级侧上，也就是在中压层上，应用平衡装置是特别低成本的。

在按照本发明的装置的优选的实施方式中，三相交流变压器是三绕组变压器。这是具有优势的，因为三绕组变压器相对简单构造并且是普遍的。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，三相交流变压器在初级侧具有星形连接。这是具有优势的，因为该结构特别简单且节省空间。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，三相交流变压器在次级侧具有第一三角形连接，其相对于初级侧形成电压的150°的相移。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，三相交流变压器在次级侧具有第二三角形连接，其相对于初级侧形成电压的330°的相移。这是具有优势的，因为通过这种方式形成在架空线和负馈线之间180°的相移。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，第一和第二三角形连接的连接点与地电位并且与平衡装置连接。这是具有优势的，因为通过这种方式对于铁路线路的能量供应可以相对于地电位设置相同大小的电压(例如2x 25kV)，从而两个电压彼此具有双倍的电压差(例如50kV)。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，三相交流变压器利用其第一三角形连接与平衡装置连接，并且适用于向沿着铁路线路绝缘地一起传导的两个导体馈电。在此，平衡装置设计为用于例如通过无功功率补偿来减小在三相交流变压器的初级侧的电负载中的不对称。这是具有优势的，因为向负馈线馈电的第一三角形连接比第二三角形连接具有更低的电负载。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，具有其第二三角形连接的三相交流变压器适用于给两个滑接线馈电。这是具有优势的，因为给滑接线馈电的第二三角形连接比第一三角形连接具有更强的电负载。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，按照标准DIN VDE0532，三相交流变压器具有接线组YNd5dll。这是具有优势的，因为该接线组特别好地适用于分别给两个负馈线和正馈线馈电。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，附加的三相交流变压器和附加的平衡装置连接为，使得装置适用于给分别具有两个滑接线的两个电分离的滑接线段供电。

在上述实施方式的扩展中，当三相交流变压器和/或平衡装置故障时，通过附加的三相交流变压器和/或附加的平衡装置给两个电分离的滑接线段供电。这是具有优势的，因为当三相交流变压器和/或平衡装置故障时，在使用两个三相交流变压器和两个平衡装置的情况下还能够给两个滑接线段馈电。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，平衡装置具有三相的自换向的电压中间电路变流器。这是具有优势的，因为三相的自换向的电压中间电路变流器能够实现相对节省空间的结构。

在按照本发明的装置的另外的优选的实施方式中，平衡装置具有模块化的多级变换器。这是具有优势的，因为模块化的多级变换器能够实现具有相对高的电压质量的相对大的变流器功率。

附图说明

为了更好地解释本发明，附图中

图1示出了按照本发明的装置的第一实施例的示意性电路图，和

图2示出了矢量图，其示出了在第一实施例中使用的三相交流变压器的初级侧与次级侧之间的相位关系，和

图3示出了按照本发明的装置的第二实施例的示意性电路图，和

图4示出了按照第二实施例的三相交流变压器的电路图。

具体实施方式

图1示出了装置1，其中将三相供电网2、3以例如150kV或132kV分别连接到两个三相交流变压器4、5的初级侧。示图是简化的所谓的单线图，也就是三相导线作为单线示出，其以交叉线条和3来表征。相应地，以2来表征两相连接。此外，存在两个平衡装置6、7和地电位或轨道电位RCBB。装置具有两个母线11、12，其中在每个母线11、12上各连接两个滑接线(OCL)19、20、21、22。

下面现在应当详细解释提到的元件的连接。在左边示出的变压器4的次级侧上引出第一三相导线8，其中一个相连接到地电位RCBB并且其余的两个相被引导到母线11、12。第二三相导线9与地电位连接并且经由其余的两个相与母线11、12连接。平衡装置6经由导线10连接到地电位，该平衡装置经由导线13与母线11连接。通过导线14将第一平衡装置6与母线12连接。

通过第二平衡装置7经由导线15将第二相引导到母线11。还通过平衡装置7将另一相引导到母线12。平衡装置7的第三相经由导线16与地电位RCBB连接。在变压器5的次级侧上引出三相导线17，其中一个相与地电位RCBB连接并且其余的两个相被引导到母线12。此外，从变压器5引出第二三相导线18，其中一个相被引导到地电位RCBB并且其余的两个相馈送到母线11、12。

所示的装置的优点是，当两个平衡装置6、7中的一个和/或两个变压器4、5中的一个故障时，仍可以持续铁路电源的馈电。两个平衡装置在所示的实施方式中是并联连接的。

图2示出了矢量图，其反映了在作为三绕组连接的三相交流变压器的星形连接的初级侧与两个在次级侧布置的三角形连接之间的相位关系。在此，外圆示出各30°的角位移，从而例如数量3代表3x30＝90°角位移。R、S、T代表三相供电导线L1、L2、L3的三个相。在圆内部可以识别L1、L2、L3的星形连接。

在次级侧上的第一三角形连接(以虚线表示)由三个绕组L31、L23、L12组成。第二三角形连接(以点线表示)由三个绕组L23、L12、L31组成。两个三角形彼此偏移，即，在第一三角形连接的R与第二三角形连接的T之间分别为30°，也就是给出在两个三角形连接之间的180°的角位移。在将第一和第二三角形连接的以S表征的两个点连接的情况下得出如下面图3所示的电路图。

按照图3的电路图3示出了三相交流变压器的初级侧的三个绕组L1、L2、L3。三个绕组L1、L2、L3星形连接，其中接触点与反馈导线和平衡装置连接(附图标记34)。

在电路图右边可以看到第一三角形连接，由三个绕组L12、L23、L31组成。在此，绕组L12和L31的接触点与第二负馈线NF2和平衡装置连接(附图标记35)。两个绕组L23和L31的接触点与第一负馈线NF1和平衡装置(附图标记32)连接。

在电路图左边可以看到第二三角形连接，由三个绕组L12、L31和L23组成。在两个绕组L12和L31的接触点处连接第一滑接线31。在两个绕组L31和L23的接触点处连接第二滑接线33。

所示的三相交流变压器的接线组是YNd5dll。

图4示出了装置40，由平衡装置41和三相交流变压器组成。在此按照DIN VDE0532，三相交流变压器具有接线组YNd5dll。在其初级侧上星形地连接三个绕组42、43、44并且将其连接到三相供电网的三个相L1、L2、L3。在次级侧上存在第一三角形连接，由绕组55、56和64组成。两个绕组56和64的接触点经由导线49与平衡装置41连接。此外，同一个连接点经由导线63与第二负馈线NF2连接。在绕组55和绕组64之间的连接点经由导线52与第一负馈线NF1连接以及经由导线48与平衡装置41连接。两个绕组55和56的接触点借助导线50被引出并且一方面经由导线51与地电位或轨道电位连接并且另一方面与平衡装置41连接。

此外在次级侧设置第二三角形连接，由三个绕组57、58、65组成。两个绕组57和58的接触点与导线50以及与第一三角形连接的两个绕组55和56的接触点连接。在绕组57和65接触点处经由导线54连接第二正馈线PF2。在绕组58和65的接触点处经由导线53连接第一正馈线PF1。

通过所示的三相交流变压器的接线组YNd5dll及其与负馈线NF1、NF2以及平衡装置的连接能够以特别有效的方式避免在变压器的初级侧上的绕组42、43、44的电负载中的不对称。