AT供電系統(tǒng)實(shí)用教案

1、自耦變壓器供電自耦變壓器供電(n din)方式方式 (AT) Auto-transformer日本鐵路為防止通訊干擾，在實(shí)行交流電氣化的前期，在牽引網(wǎng)中普遍應(yīng)用了BT供電方式。但當(dāng)高速、大功率機(jī)車在這種電路(dinl)中通過吸流變壓器分段時，在受電弓上會產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧，為了克服此缺點(diǎn)，后來發(fā)展了一種新的牽引網(wǎng)供電方式自耦變壓器供電方式，AT間隔為10km左右。第1頁/共24頁第一頁，共25頁。自耦變壓器的工作自耦變壓器的工作(gngzu)原理原理原邊和副邊共用一部分繞組的變壓器稱為自耦變壓器?？稍O(shè)想為從一臺普通(ptng)雙繞組變壓器演變而來。1.電壓、電流關(guān)系 其原次邊的電壓、電流關(guān)系與雙繞組

2、變壓器一樣。2.容量關(guān)系 對于雙繞組變壓器，原繞組容量就是變壓器的輸入容量，副繞組容量就是變壓器輸出容量，都等于變壓器的容量。 對于自耦變壓器，變壓器容量與繞組容量不相等。第2頁/共24頁第二頁，共25頁。 自耦變壓器容量(rngling)為： 串聯(lián)繞組Aa的繞組容量(rngling)為： 公共繞組ax的繞組容量(rngling)為：2211IUIUSaaAaAakSIkUIUIUUIUS1111111211aaaxaxkSkIUIUS111122串聯(lián)繞組串聯(lián)繞組Aa與與公共繞組公共繞組ax的容量相等。的容量相等。都是都是AT變壓器容量的變壓器容量的 倍倍ak11第3頁/共24頁第三頁，共25

3、頁。 取ka=2，則 對于牽引供電系統(tǒng)， 電壓(diny)為27.5kV,即 設(shè)機(jī)車電流為I，即21,22121IIUUkVUkUkVUa555 .27212IIkIIIa211,212第4頁/共24頁第四頁，共25頁。AT供電(n din)方式的特點(diǎn) 輸入電壓是輸出電壓的2倍，輸入電流為輸出電流的一半。 AT供電方式無需提高牽引網(wǎng)的絕緣水平即可將牽引回路的供電電壓提高一倍?？梢源蟠笤黾訝恳冸娝拈g距，一般可達(dá)100km左右(zuyu)，減少牽引變電所的數(shù)目。 自耦變壓器是并聯(lián)在接觸懸掛和正饋線之間的，提高了供電可靠性。第5頁/共24頁第五頁，共25頁。AT供電方式有效(yuxio)地減弱對

4、通信線的感應(yīng)影響。大部分回流沿正饋線流回牽引變電所，減小了地中電流。同時，接觸網(wǎng)中的電流與正饋線的電流大小相同，方向相反，兩者的交變磁場可以相互抵消。因此，AT供電的防干擾性能十分理想。IAT1AT2TRFn1n2n1n2I21I21第6頁/共24頁第六頁，共25頁。 假設(shè)： 忽略自耦變壓器漏抗，即認(rèn)為ZAT=0； 假設(shè)鋼軌對地漏導(dǎo)為零，即不考慮短回路的地中電流； 假設(shè)接觸網(wǎng)、正饋線關(guān)于鋼軌對稱(duchn)布置，而且接觸網(wǎng)、正饋線自阻抗相當(dāng)，即ZC=ZF，ZCT=ZFT。第7頁/共24頁第七頁，共25頁。 一般除了接觸懸掛和 正饋線之外，還加掛一根(y n)保護(hù)線(PW)Department

5、 of Electrical Engineering接觸線承力索鋼軌25kV-25kV50kV保護(hù)線正饋線第8頁/共24頁第八頁，共25頁。供電方式供電方式DFDNBTAT供電臂供電臂(km)253025303030202045504550牽引網(wǎng)阻抗?fàn)恳W(wǎng)阻抗(/km)0.60.650.60.650.50.550.50.550.850.90.850.90.160.20.160.2牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)由接觸懸由接觸懸掛、鋼軌掛、鋼軌組成。組成。最簡單最簡單由接觸懸掛、由接觸懸掛、鋼軌和回流線鋼軌和回流線組成組成由接觸懸掛、由接觸懸掛、鋼軌、鋼軌、NFNF和吸和吸流變壓器組成流變壓器組成由接觸懸掛

6、、鋼軌、由接觸懸掛、鋼軌、正饋線、自耦變壓正饋線、自耦變壓器和保護(hù)線。器和保護(hù)線。最復(fù)雜最復(fù)雜牽引網(wǎng)電壓水平牽引網(wǎng)電壓水平較好較好良好良好較差較差最好最好牽引網(wǎng)電能損失牽引網(wǎng)電能損失(%)5%5%45%45%78%78%23%23%防干擾特性防干擾特性最差最差較差較差良好良好良好良好維護(hù)管理維護(hù)管理最少最少較少較少較多較多最多最多牽引網(wǎng)造價牽引網(wǎng)造價最少最少較少較少較大較大最大最大第9頁/共24頁第九頁，共25頁。正饋線(AF線) line feeder；auto transformer feeder cable :正饋線是與接觸懸掛并行架設(shè)的架空導(dǎo)線，它供電給諸饋電點(diǎn)或增加有效橫斷面積，并通

7、過自耦變壓器形成與接觸網(wǎng)等值反向的電流流回變電所。保護(hù)線(PW線) protective wire:在AT供電方式(fngsh)中與鋼軌并聯(lián)，具有集中地線和牽引電流屏蔽線作用的導(dǎo)線。 設(shè)置保護(hù)線的目的：（1）避免將接觸網(wǎng)支柱的接地部分直接與軌道相連，以提高信號軌道電路的工作可靠性；第10頁/共24頁第十頁，共25頁。Department of Electrical Engineering（2）當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生短路故障時，可為短路電流提供一條良好的金屬通路，便于繼電保護(hù)動作。當(dāng)負(fù)載電流和短路電流較大時，軌道和保護(hù)線的對地電位可能較高。在此情況下，保護(hù)線與支柱間可用3kV6kV絕緣子隔開。在軌道和保護(hù)

8、線的對地電位較低時，保護(hù)線可不加絕緣而直接(zhji)安裝在接觸網(wǎng)的金屬支架上。理論分析表明：保護(hù)線的設(shè)置對AT網(wǎng)絡(luò)中的電流分布和主要牽引供電參數(shù)并無明顯影響。在正常運(yùn)行情況下，保護(hù)線中不流過牽引電流。第11頁/共24頁第十一頁，共25頁。FI 1TI 1CI 2I 2I 2CI 2TI 1U 1U 2U 2U I lxD長回路長回路短回路短回路AT網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)(wnglu)中的電流分布（故測理論依據(jù)）中的電流分布（故測理論依據(jù)） 第12頁/共24頁第十二頁，共25頁。Department of Electrical Engineering長回路中， C和F中電流都為 。短回路中，電流分布(fnb

9、)復(fù)雜 ，分析如下：112221211221212CTCTFTTTIIIIIIIIIIFI 1TI 1CI 2CI 2TI 1U 1U 2U 2U I ./2I第13頁/共24頁第十三頁，共25頁。 ，化簡得 在理想條件下，短回路的AT段內(nèi)，機(jī)車電流在前后軌道(gudo)中產(chǎn)生的分量按距離反比例分配。復(fù)線AT段經(jīng)過計(jì)算也有同樣的規(guī)律。因此可以得出結(jié)論：AT網(wǎng)絡(luò)的電流分布規(guī)律：1.長回路中，機(jī)車電流在軌道(gudo)中按距離反比例分配。2.短回路中，機(jī)車電流在軌中分布亦按AT段距離反比例分配。1212211222TTCCFDxIIDxIIDDxxIIIDDxIIID1122UUUU，第14頁/共

10、24頁第十四頁，共25頁。AT供電方式(fngsh)下故測原理Department of Electrical EngineeringAT供電特性(txng)曲線第15頁/共24頁第十五頁，共25頁。AT測距原理吸上電流比原理吸上電流比的基本原理: AT吸上電流比原理是20世紀(jì)60年代末日本提出的，其基本原理如下：假設(shè)(jish)AT為理想變壓器、鋼軌對地全絕緣，且沿線路阻抗參數(shù)均勻分布，則當(dāng)故障發(fā)生在第k至第k+1個AT之間時，有： 式中， -第K個AT所距變電所的距離(km)； -第k個和第k+1個AT中性點(diǎn)吸上電流（A）； D-第k至k+1個AT間距（km）。 Department of

11、 Electrical EngineeringDIIIllkatkatkatk)1()()1(kl)(katI)1( katI第16頁/共24頁第十六頁，共25頁。Department of Electrical Engineering 上面(shng min)式中 稱為吸上電流比，簡稱Q值。 ) 1()() 1(katkatkatIII第17頁/共24頁第十七頁，共25頁。Department of Electrical Engineering圖1 AT測距系統(tǒng)(xtng)電流接線圖第18頁/共24頁第十八頁，共25頁。Department of Electrical Engineering

12、)1()()1(natnatnatIIIQ)(1110kkkkkkniixxQQQQxDLiDixnQ故障AT段判斷方法為：首先找到各處AT吸上電流模值最大值，并尋找相鄰AT吸上電流，取次大值處AT位置，確定故障區(qū)段，然后(rnhu)通過吸上電流比 計(jì)算實(shí)際故障位置。測距公式為： 其中，n、n+1為故障AT段兩端(lin dun)的吸上電流編號，k、k+1為故障AT段兩端(lin dun)的吸上電流編號， 為各分段點(diǎn)出故障時的吸上電流比， 為各分段點(diǎn)距離， 為各AT段長度，第19頁/共24頁第十九頁，共25頁。Department of Electrical Engineering如下(rxi

13、)圖所示，為3個測距裝置、兩個AT段示意圖。第20頁/共24頁第二十頁，共25頁。Department of Electrical Engineering1.AT測距參數(shù)的關(guān)聯(lián)性（1）比較(bjio)變電所、AT所、AT分區(qū)所的T、F線電流，根據(jù)最大的電流可判斷故障所在行別、線別。（2）比較(bjio)變電所、AT所、AT分區(qū)所的吸上電流，跳閘區(qū)段在兩個較大電流所亭之間，根據(jù)吸上電流比Q值，可大致判定故障范圍按比例在兩所之間分布。Q越接近0，故障點(diǎn)越靠近第一個所；Q值越接近1，故障點(diǎn)越靠近第二個所。2.AT測距的精度校正（1）核定定值A(chǔ)T測距法：重新核對各所亭的公里標(biāo)，核算各變電所的供電臂長度

14、(chngd)。L0、Q0為變電所AT所間的距離、吸上電流比；L1、Q1為AT所AT分區(qū)所間的距離、吸上電流比。例如表1為臨潼東變電所AT測距定值表。第21頁/共24頁第二十一頁，共25頁。Department of Electrical EngineeringQ00.090.280.470.660.85L00.002.635.267.8910.52Q10.100.300.500.700.90L10.002.875.738.6011.462.635.267.8910.520.090.280.470.660.852.875.738.6011.460.100.300.500.700.90Q0Q1L0L1變電所AT所AT分區(qū)所AT所00第22頁/共24頁第二十二頁，共25頁。由圖可以得出(d ch)兩段的測距公式：L0=13.8（Q0-0.09）L1=14.35(Q1-0.1)根據(jù)任意點(diǎn)短路吸上電流比就可以求出相應(yīng)的短路點(diǎn)。反之，根據(jù)每一次短路的實(shí)際短路點(diǎn)和吸上電流比也可以修正測距定值表。Department of Electrical Engineering第23頁/共24頁第二十三頁，共25頁。Department of Electrical Engineering感謝您的觀賞(gunshng)！第24頁/共24頁第二十四