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1、自耦变压器供电方式 (AT) Auto-transformer日本铁路为防止通讯干扰，在实行交流电气化的前期，在牵引网中普遍应用了BT供电方式。但当高速、大功率机车在这种电路中通过吸流变压器分段时，在受电弓上会产生强烈电弧，为了克服此缺点，后来发展了一种新的牵引网供电方式自耦变压器供电方式，AT间隔为10km左右。自耦变压器的工作原理原边和副边共用一部分绕组的变压器称为自耦变压器。可设想为从一台普通双绕组变压器演变而来。1.电压、电流关系 其原次边的电压、电流关系与双绕组变压器一样。2.容量关系 对于双绕组变压器，原绕组容量就是变压器的输入容量，副绕组容量就是变压器输出容量，都等于变压器的容量
2、。 对于自耦变压器，变压器容量与绕组容量不相等。自耦变压器容量为：串联绕组Aa的绕组容量为：公共绕组ax的绕组容量为：2211IUIUSaaAaAakSIkUIUIUUIUS1111111211aaaxaxkSkIUIUS111122串联绕组串联绕组Aa与与公共绕组公共绕组ax的容量相等。的容量相等。都是都是AT变压器容量的变压器容量的 倍倍ak11取ka=2，则对于牵引供电系统，电压为27.5kV,即设机车电流为I，即21,22121IIUUkVUkUkVUa555 .27212IIkIIIa211,212AT供电方式的特点输入电压是输出电压的2倍，输入电流为输出电流的一半。AT供电方式无需
3、提高牵引网的绝缘水平即可将牵引回路的供电电压提高一倍。可以大大增加牵引变电所的间距，一般可达100km左右，减少牵引变电所的数目。自耦变压器是并联在接触悬挂和正馈线之间的，提高了供电可靠性。AT供电方式有效地减弱对通信线的感应影响。大部分回流沿正馈线流回牵引变电所，减小了地中电流。同时，接触网中的电流与正馈线的电流大小相同，方向相反，两者的交变磁场可以相互抵消。因此，AT供电的防干扰性能十分理想。假设：忽略自耦变压器漏抗，即认为ZAT=0；假设钢轨对地漏导为零，即不考虑短回路的地中电流；假设接触网、正馈线关于钢轨对称布置，而且接触网、正馈线自阻抗相当，即ZC=ZF，ZCT=ZFT。Depart
4、ment of Electrical Engineering一般除了接触悬挂和正馈线之外，还加挂一根保护线(PW)接触线承力索钢轨25kV-25kV50kV保护线正馈线供电方式供电方式DFDNBTAT供电臂供电臂(km)253025303030202045504550牵引网阻抗牵引网阻抗(/km)0.60.650.60.650.50.550.50.550.850.90.850.90.160.20.160.2牵引网结构牵引网结构由接触悬由接触悬挂、钢轨挂、钢轨组成。组成。最简单最简单由接触悬挂、由接触悬挂、钢轨和回流钢轨和回流线组成线组成由接触悬挂、由接触悬挂、钢轨、钢轨、NFNF和吸和吸流变压
5、器组成流变压器组成由接触悬挂、钢轨、由接触悬挂、钢轨、正馈线、自耦变压正馈线、自耦变压器和保护线。器和保护线。最复杂最复杂牵引网电压水平牵引网电压水平较好较好良好良好较差较差最好最好牵引网电能损失牵引网电能损失(%)5%5%45%45%78%78%23%23%防干扰特性防干扰特性最差最差较差较差良好良好良好良好维护管理维护管理最少最少较少较少较多较多最多最多牵引网造价牵引网造价最少最少较少较少较大较大最大最大正馈线(AF线) line feeder；auto transformer feeder cable :正馈线是与接触悬挂并行架设的架空导线，它供电给诸馈电点或增加有效横断面积，并通过自耦
6、变压器形成与接触网等值反向的电流流回变电所。保护线(PW线) protective wire:在AT供电方式中与钢轨并联，具有集中地线和牵引电流屏蔽线作用的导线。设置保护线的目的：（1）避免将接触网支柱的接地部分直接与轨道相连，以提高信号轨道电路的工作可靠性；Department of Electrical Engineering（2）当牵引网发生短路故障时，可为短路电流提供一条良好的金属通路，便于继电保护动作。当负载电流和短路电流较大时，轨道和保护线的对地电位可能较高。在此情况下，保护线与支柱间可用3kV6kV绝缘子隔开。在轨道和保护线的对地电位较低时，保护线可不加绝缘而直接安装在接触网的金
7、属支架上。理论分析表明：保护线的设置对AT网络中的电流分布和主要牵引供电参数并无明显影响。在正常运行情况下，保护线中不流过牵引电流。FI 1TI 1CI 2I 2I 2CI 2TI 1U 1U 2U 2U I lxD长回路长回路短回路短回路AT网络中的电流分布（故测理论依据）网络中的电流分布（故测理论依据） Department of Electrical Engineering长回路中， C和F中电流都为 。短回路中，电流分布复杂 ，分析如下：112221211221212CTCTFTTTIIIIIIIIIIFI 1TI 1CI 2CI 2TI 1U 1U 2U 2U I ./2I ，化简得
8、 在理想条件下，短回路的AT段内，机车电流在前后轨道中产生的分量按距离反比例分配。复线AT段经过计算也有同样的规律。因此可以得出结论：AT网络的电流分布规律：1.长回路中，机车电流在轨道中按距离反比例分配。2.短回路中，机车电流在轨中分布亦按AT段距离反比例分配。1212211222TTCCFDxIIDxIIDDxxIIIDDxIIID1122UUUU，Department of Electrical EngineeringAT供电方式下故测原理AT供电特性曲线Department of Electrical EngineeringAT测距原理吸上电流比原理吸上电流比的基本原理: AT吸上电流
9、比原理是20世纪60年代末日本提出的，其基本原理如下：假设AT为理想变压器、钢轨对地全绝缘，且沿线路阻抗参数均匀分布，则当故障发生在第k至第k+1个AT之间时，有： 式中， -第K个AT所距变电所的距离(km)； -第k个和第k+1个AT中性点吸上电流（A）； D-第k至k+1个AT间距（km）。 DIIIllkatkatkatk)1()()1(kl)(katI)1( katIDepartment of Electrical Engineering 上面式中 称为吸上电流比，简称Q值。 ) 1()() 1(katkatkatIIIDepartment of Electrical Enginee
10、ring图1 AT测距系统电流接线图Department of Electrical Engineering)1()()1(natnatnatIIIQ)(1110kkkkkkniixxQQQQxDLiDixnQ故障AT段判断方法为：首先找到各处AT吸上电流模值最大值，并寻找相邻AT吸上电流，取次大值处AT位置，确定故障区段，然后通过吸上电流比 计算实际故障位置。测距公式为： 其中，n、n+1为故障AT段两端的吸上电流编号，k、k+1为故障AT段两端的吸上电流编号， 为各分段点出故障时的吸上电流比， 为各分段点距离， 为各AT段长度，Department of Electrical Engine
11、ering如下图所示，为3个测距装置、两个AT段示意图。Department of Electrical Engineering1.AT测距参数的关联性（1）比较变电所、AT所、AT分区所的T、F线电流，根据最大的电流可判断故障所在行别、线别。（2）比较变电所、AT所、AT分区所的吸上电流，跳闸区段在两个较大电流所亭之间，根据吸上电流比Q值，可大致判定故障范围按比例在两所之间分布。Q越接近0，故障点越靠近第一个所；Q值越接近1，故障点越靠近第二个所。2.AT测距的精度校正（1）核定定值AT测距法：重新核对各所亭的公里标，核算各变电所的供电臂长度。L0、Q0为变电所AT所间的距离、吸上电流比；L
12、1、Q1为AT所AT分区所间的距离、吸上电流比。例如表1为临潼东变电所AT测距定值表。Department of Electrical EngineeringQ0Q00.090.090.280.280.470.470.660.660.850.85L00.002.635.267.8910.52Q10.100.300.500.700.90L10.002.875.738.6011.462.635.267.8910.520.090.280.470.660.852.875.738.6011.460.100.300.500.700.90Q0Q1L0L1变电所AT所AT分区所AT所00Department of Electrical Engineering由图可以得出两段的测距公式：L0=13.8（Q0-0.09）L1=14.35(Q1-0.1)根据任意点短路吸上电流比就可以求出相应的短路点。反之，根据每一次短路的实际短路点和吸上电流比也可以修正测距定值表。