nghiên cứu công nghệ cung cấp điện cho giao thông đường sắt cao tốc và đô thị

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CUNG CẤP ĐIỆN
CHO GIAO THÔNG ĐƯỜNG SẮT CAO T
ỐC VÀ ĐÔ THỊ


TS. LÊ MẠNH VIỆT
KS. NGUYỄN TU
ẤN PHƯỜNG



Tóm tắt: Bài báo đưa ra những nghiên cứu về các hệ thống cấp điện cho mạng dây tiếp
xúc từ các trạm điện kéo. Trong đó phân tích đánh giá các đặc điểm của những sơ đồ cấp điện
theo công nghệ hiện đại đang được sử dụng ở các nước tiên tiến hiện nay.
Summary: Th
is paper introduces researches into the power supply systems that connect
sub - stations to contact lines. Besides, it also analyses and evaluates the characteristics of the
power supply diagrams designed by modern technologies and used in developed countries
recently.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ở Việt Nam hiện nay đang bắt đầu thực hiện các dự án về đường sắt điện cao tốc và giao thông
điện đô thị. Vấn đề cung cấp điện cho hai loại hình giao thông trên cần được nghiên cứu sớm.
Công nghệ cung cấp điệ
n cho giao thông đường sắt thực chất là cung cấp điện chất lượng
cao cho động cơ điện. Trước tiên nó bao gồm công nghệ, cấu trúc của mạng điện cao áp phân
phối dùng cho điện khí hoá đường sắt, sau đó là công nghệ biến đổi nguồn ở trạm điện kéo, hệ
thống phân phối các đường dây cung cấp AC hoặc DC, và hệ thống lưới tiếp xúc điện để lấy
điện của đầu máy với đường dây, cùng các thiết bị đo lường, bảo vệ, bảo trì chúng.
ĐT

II. NỘI DUNG
1. Nghiên cứu các hệ th
ống cấp điện hiện đại
Năng lượng điệ
n được cung cấp từ các trạm điện trung gian đến trạm điện kéo đường sắt
bằng đường dây truyền tải. Hiện nay trên thế giới điện áp nhận ở trạm điện kéo cho đường sắt
thường ở dải trung áp 10, 22, 25, 35, 66, 77, 110 và 220 kV.
Điệ
n áp được hạ
xuống bằng một máy biến thế và sau đó được chỉnh lưu cho hệ thống một
chiều và tạo ra điện áp định mức là 3000, 1500V. Đường sắt ngầm (Metro) thường sử dụng điện
áp 600 hoặc 750 V DC.
Ở hệ th
ống xoay chiều thì điện áp ra cấp cho lưới điện tiếp xúc thường 20, 25 kV.
a. Hệ th
ống cấp điện một chiều sử dụng các phân đoạn
Hình 1 là một ví dụ thể
hiện cấu trúc của hệ thống cấp điện một chiều điển hình. Cầu nối
phân đoạn thỉnh thoảng được sử dụng để giảm tổn thất điện áp giữa 2 phân đoạn mà có khoảng
cách 2 trạm điện kéo xa nhau. Trong trường hợp này đoạn mạng tiếp xúc liền kề được nối bằng
một máy ngắt nhanh. Khoảng cách giữa 2 trạm điện kéo khoảng 5km đối với tuyến xe điện
ngầm tải nặng và 10km đối với các đường khác.

www.cauduongonline.com.vn

AC 3 pha
Chỉnh luu 6 xung
Chỉnh luu 12 xung
AC 3 pha
AC 3 pha

1500 V DC
1500 V DC
Máy biến áp
Máy cắt nhanh
Dây tiếp xúc
Phi đơ
Xe điện
Cầu nối phân đoạn
AC 3 pha
Máy biến áp
Ray






Hỡnh 1. Cu trỳc h thng cp in mt chiu
H thng cp in dũng mt chiu nht thit phi cú mt b chnh lu chuyn i t
xoay chiu sang mt chiu. Thng dựng chnh lu ba pha 6 xung, hoc 12 xung. B chnh
chnh lu 12 xung c thit k t 2 b chnh lu cu 6 xung vi in ỏp vo lch pha 30
0
ni
ni tip hoc song song.
b. H
thng li in kộo thu hi nng lng hóm tỏi sinh ca on tu
nõng cao hi
u qu vn hnh h thng mt chiu, hin nay cỏc u mỏy v mng tip
xỳc ng b s dng cụng ngh thu hi nng lng bng nguyờn tc hóm tỏi sinh.
Hỡnh v 2 th

hin nguyờn tc in hỡnh v hóm tỏi sinh dựng b nghch lu thyristor.
Trong h thng ny, ng nng nh ng c chy ch mỏy phỏt chuyn thnh in nng,
cung cp cho b nghch lu, v sau ú chuyn v trm in. Hin nay cụng ngh ny phi luụn
luụn cú mt trong cỏc h thng cung cp in cho giao thụng hin i nõng cao hiu qu kinh
t ca h thng.
AC 3 pha
Máy biến áp
phân phối
Thanh cái AC 3 pha 6,6 kV
Máy biến áp
Bộ chỉnh luu Bộ nghịch luu
Máy biến áp
Bộ lọc sóng hi
Các thiết bị tại ga
Xe phát điện năng
1500 V DC
T







Hỡnh 2. Tỏi sinh nng lng bng b nghch lu Thyristor
c. H thng cp in dũng xay chiu AC cho giao thụng ng di
Nối đến đuờng dây
trên không (UVW l
một 3 pha, TF l 1 pha)
Cuộn dây pha chính

Cuộn dây pha phụ
Đất
Pha A
Pha B
ST: Mức thay đổi
của máy biến áp





Hỡnh 3. Mỏy bin ỏp ni theo s Scott Hỡnh 4. Mỏy bin ỏp ni cu 2 tam giỏc h

www.cauduongonline.com.vn

Ph bin hin nay trong cỏc h thng giao thụng in trờn th gii ú l s dng hai loi
hỡnh cp in sau õy.
Hỡnh 3 v 4 th hin nguyờn tc ng dng mỏy bin ỏp chuyờn dựng (s Scott v cu th
cp 2 tam giỏc h) cho vic bin i t h thng 3 pha thnh 2 pha cung cp cho mng in kộo.
T ngun 3 pha chuyn i thnh 2 ng mt pha. m bo dũng in trong mng 3
pha i xng, mi mt pha ra c cung cp cho hai phõn on tip xỳc lin k.

Trạm điện kéo AC
Trạm điện kéo AC
Phân đoạn
nhỏ
Phân đoạn
nhỏ
Phân đoạn
lớn

Máy cắt
Khoảng không khí
Khoá thuờng hở
Chỗ chuyển đổi pha



Hỡnh 5. Cu trỳc ca h thng cp in xoay chiu (AC)
Hỡnh 5 th hin kt cu ca h thng cung cp xoay chiu AC. Nú bao gm trm in cung
cp AC, cu ni 2 on tip xỳc ln, v cu ni gia 2 on tip xỳc nh, tt c c b trớ dc
theo ng st.
2. Cỏc h
thng nõng cao cht lng in nng v an ton mụi trng
a. H
thng cung cp cú bin th lc nhiu dc (Boosting Transformer - BT)
Hỡnh v 6 mụ t
cu trỳc ca mt mng cp in cú BT. Mt BT c lp t cỏch nhau
4km trờn ng dõy tip xỳc tng dũng mch in tr v trờn ng dõy õm. Khi ú dũng
in chy qua ray ch mt s phõn on ray hu hn, nhm ginh ray cho h thng t ng
hoỏ, iu khin v thụng tin tớn hiu v gim nhiu cho h thng thụng tin.
T
T in dựng ci thin cht lng lm vic ca h cp in cú BT.

Hỡnh 6. Cu trỳc ca h thng cp in dựng bin ỏp lc nhiu dc (BT)
b. H thng cung cp cú bin th lp li (Auto Transformer - AT)
Mỏy bi
n ỏp AT c thit k vi t l bin i 1:1 v a in ỏp lờn 2 ng trờn khụng
(hỡnh 7). iu ú lm cho cỏc dũng in ca u mỏy c chy vũng thnh tng khỳc gia hai
AT. Cỏc AT c lp t cỏch nhau 10km dc ng st. H thng ny l lý tng cho xe in
cao tc cú cụng sut ln bi vỡ khi ú khụng cú in ỏp ri ln trờn ng dõy v khụng cú h

quang cỏc im ni. Khụng nhng vy h thng ny rt hiu qu trong vic gim cm ng t
nhiu cho ng dõy thụng tin.

www.cauduongonline.com.vn


Hình 7. Cấu trúc của hệ thống cấp điện dùng máy biến thế lặp lại (AT)
c. Hệ thống cáp đồng trục cung cấp điện
Hệ thống dùng cáp đồng trục điển hình được thể hiện trên hình 8. Cáp đồng trục nối dọc
đường dây cung cấp. Cách mỗi khoảng vài km, dây dẫn bên trong của cáp được nối với dây tiếp
xúc và dây dẫn bên ngoài được nối đến ray. So sánh với đường dây trên không, dây cáp đồng
trục có trở kháng nhỏ hơn, nên dòng tải cho phép được cao hơn. Hiệu quả của hệ thống dùng
cáp đồng trục này cũng giống như hệ thống cung cấp dùng máy biến áp AT, giảm đáng kể nhiễu
điện từ cho dây thông tin.





ĐT
Hình 8. Hệ thống cấp điện dùng cáp đồng trục
III. KẾT LUẬN
Với các phân
tích đánh giá cho các hệ thống cấp điện và hệ thống nâng cao chất lượng điện
cho điện khí hoá giao thông đường sắt, mà các nước tiên tiến đang sử dụng tuỳ theo điều kiện
địa lý, kinh tế xã hội của mình, từ đó có thể định hướng cho việc lựa chọn công nghệ thích hợp
cho giao thông điện cao tốc ở Việt Nam hiện nay.
Tài liệu tham khảo
[1]. M.A. Clepxôpv
a. Akađema. Axnôvưi êlêctricheccôvơ transprta, Matcơva 2006.

[2]. M.A.C
lepxôpva. MÊI. Êlêctrỗnabơzenhie êlêctricheccôvơ transprta, 2001.
[3]. Côntrôn, upravlenhie i đi
agnôctrika xixchem. triagôvơvơ êlêctrỗnabơzenhia na axnôve
vưchitlichennôi checkhơnhiki . Barơđuxcơ Blep. . .Ircutxơc 2006.
[4]. Turan Gonen. Electric Power Transmission System
Engineering. New York, 1998.
[5]. Lê Mạnh
Việt, Trần Hồng Mạnh. Ứng dụng công nghệ vi xử lí, vi tính để tự động điều chỉnh nâng cao
chất lượng nguồn điện cung cấp cho đoàn taù.Tạp chí GTVT 11/1996.
[6]. Yasu Oura, Yoshifumi Mochinaga, and Hiroki Nagasawa. Railway Electric Power Feeding Systems, 1998.
[7]. Đàm Q
uốc Trụ, Lê Mạnh Việt. Các giải pháp khoa học và công nghệ trong cung cấp điện giao thông
đường sắt. Tạp chí GTVT 5/2008.
[8]. Lê Mạnh
Việt. Nghiên cứu mô phỏng hệ thống cung cấp điện cho giao thông đường sắt. Tạp chí KH
GTVT 6/2008♦

www.cauduongonline.com.vn