AT供电技术.ppt
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牵引变电所AT供电技术知识专题讲座兰州供电段教育科2009年9月,2009.09,2009.09,内容一、牵引供电方式比较二、AT供电方式的工作原理三、AT供电方式牵引变电所接线方式特点四、AT牵引网的构成五、AT牵引网阻抗计算六、京津线AT网简介,一、牵引供电方式比较目前单相工频25kV牵引网供电方式主要有:
1.1直接供电方式(TR)directfeedingsystem1.2带回流线的直接供电方式(TRNF)directfeedingsystemwithreturnwire1.3吸流变压器供电方式(BT供电方式)boostertransformerfeedingsystem1.4自耦变压器供电方式(AT供电方式)autotransformerfeedingsystem1.5同轴电力电缆供电方式(CC供电方式)coaxialcablefeedingsystem1.6混合供电方式(直接供电方式+AT供电方式),牵引供电方式比较,2009.09,2009.09,1.1直接供电方式(TR),牵引电流通过电力机车后直接从钢轨或大地返回牵引变电所。
结构简单,投资最少,维护费用低。
在负荷电流较大的情况下,钢轨电位高;对弱电系统的电磁干扰较大,牵引供电方式比较,2009.09,1.2带回流线的直接供电方式(TRNF),相对直接供电方式,钢轨电位和对通信线路的干扰有所改善。
钢轨电位降低;牵引网阻抗降低,供电距离增长;对弱电系统的电磁干扰减小相对BT方式,结构简单,投资少,维护费用低;牵引网阻抗减小,供电距离增长,牵引供电方式比较,2009.09,1.2带回流线的直接供电方式(TRNF),架空回流线对通信线路的防干扰效果用屏蔽系数来衡量。
的表达式为,牵引供电方式比较,为轨道的屏蔽系数;,为钢轨和架空回流线构成的回流网络的屏蔽系数。
接触网与回流网络的互阻抗;,通信线与回流网络的互阻抗;,回流网络的自阻抗。
2009.09,在接触网和回流线中串接吸流变压器,让牵引电流通过电力机车后从回流线返回牵引变电所。
电磁兼容性能好,对周围环境影响小,钢轨电位低,1.3吸流变压器供电方式(BT供电方式),牵引供电方式比较,2009.09,牵引供电方式比较,BT供电方式分为两种,其示意图如下:
吸回方式,吸轨方式,2009.09,牵引供电方式比较,BT供电方式简单原理图:
BT为理想变压器,BT为实际变压器,2009.09,牵引供电方式比较,改善吸回方式防护效果措施:
(1)合理选择回流线在接触网支柱上的装设位置
(2)合理确定吸上线的安装位置(3)合理确定吸流变压器间的距离(4)合理选择BT的变比(5)采用局部无防护的BT过补偿方式,2009.09,1.4自耦变压器供电方式(AT供电方式),AT供电方式接触网结构复杂,供变电设施较多,运营维护难度较大,牵引供电方式比较,2009.09,1.5同轴电力电缆供电方式(CC供电方式),CC供电方式是将同轴电力电缆沿电气化铁路装设,电缆的内导体与接触悬挂相连,用作正馈线,外导体与轨道相连,用作负馈线,每隔一定距离分成一个供电分区。
同轴电力电缆的接入方式有:
(1)接触网不(电)分段
(2)接触网(电)分段,牵引供电方式比较,2009.09,吸流效率高,对邻近通信线路的电磁感应干扰影响小。
与接触网(电)分段方式相比,对邻近通信线路的电磁感应影响稍大,防护效果稍低。
接触网不(电)分段方式1接触网;2钢轨;3电缆内导体;4电缆外导体;5变电所;6连接线,牵引供电方式比较,这种接入方式,对邻近通信线路的影响主要决定于电缆内导体和外导体中的电流差。
由于电缆内外导体之间互感系数大,吸流效率高,故电缆内外导体的电流差小,即通过轨道、大地返回牵引变电所的电流小,从而与接触网不(电)分段方式相比,对邻近通信线路的电磁感应影响更小,防护效果更好。
2009.09,接触网(电)分段方式,牵引供电方式比较,影响同轴电力电缆供电方式的防护效果的主要因素:
(1)同轴电力电缆接入方式
(2)运行中的电力机车位置(3)供电分区长度,2009.09,牵引供电方式比较,2009.09,1.6混合供电方式(直接供电方式+AT供电方式),由于某种原因,有时牵引变电所的上、下行方向需采用直接供电+AT供电方式。
这种供电方式就是上、下行的某一方向使用直接供电方式,而另一方向使用AT供电方式。
这种情况常常是由于牵引变电所的位置选择不宜、地形条件复杂造成的。
有时考虑沿线通信线路干扰要求的不同,也会采用不同的供电方式。
牵引供电方式比较,牵引网供电方式的比较1)AT供电方式特点225kV系统,供电电压比直供方式高一倍,电压损失降为1/4,牵引网单位阻抗约为直供方式的1/4(实际略高),电能损失小,显示了良好的供电特性;牵引变电所的间距大,易选址,减少了外部电源的工程数量和投资;减少了电分相数量,有利于列车的高速运行;牵引网回路是平衡回路,防干扰效果,可改善电磁环境,并减少防干扰费用;,2009.09,牵引供电方式比较,牵引网系统需设正馈线,较一般直供方式复杂,但在重负荷区段不必设加强导线,可与直供方式相当;变电系统较直供方式减少了牵引变电所的数量,但需设AT所,一般AT间距为10-20km,开关设备需用双极;牵引网结构复杂,导线数量多,对跨线建筑物和隧道净空要求高,投资较大,保护和维护难度较大。
2009.09,牵引供电方式比较,2009.09,2)带回流线的直接供电方式,125kV系统,变电设施较为简单,接触网在一般情况下(重负荷除外)也比较简单,但在接触网使用加强导线的情况下,牵引网结构已与AT供电方式相当;在牵引网的电压损失和电能损失方面较AT供电方式为大;牵引变电所的间距较小,增加了电分相数量,外部电源的工程数量和投资较大;,牵引供电方式比较,2009.09,牵引网回路不完全是平衡回路,防干扰性能较差,需增加防干扰费用;供电回路结构简单,运行可靠,投资和维修量低;适用于防干扰问题不突出和外部电源投资相对较小的区段及运输繁忙干线、重载和高速线。
牵引供电方式比较,2009.09,技术上AT和带回流线直供方式均能满足300km/h及以上高速牵引。
两者相比,AT供电方式更能适应大功率负荷的供电,同时电分相数目减少。
但AT供电方式接触网结构复杂,供变电设施较多,运营维护难度较大。
高速铁路牵引供电方式应采用AT供电方式或带回流线的直接供电方式。
牵引供电方式比较,2009.09,50Hz/60Hz、25kV牵引供电方式(300350km/h),牵引供电方式比较,2009.09,50Hz/60Hz、25kV牵引供电方式(300350km/h),牵引供电方式比较,2009.09,50Hz/60Hz、25kV牵引供电方式(300350km/h),牵引供电方式比较,2009.09,几种供电方式对比,牵引供电方式比较,二、AT供电方式的工作原理,AT供电方式的工作原理,2009.09,自耦变压器供电方式原理电路图,AT1、AT2为自耦变压器,变比为2:
1。
2.1工作原理AT1、AT2为自耦变压器,变比为2:
1。
其一端与接触网连接,另一端与正馈线连接,中点接入轨道。
正馈线沿供电分区架设,与回流线相似。
无论在结构上还是在功能上,AT供电方式是用自耦变压器代替了吸流变压器,正馈线代替了回流线。
自耦变压器并入电路,在结构上消除了接触网中的吸流变压器分段。
自耦变压器原边绕组接人的电源电压为227.5kV;副边绕组接负载,电压为27.5kV。
相邻两台自耦变压器之间的距离称为自耦变压器间隔(或称自耦变压器段),其长度一般为10km左右。
实际的AT间隔按对通信线防干扰及牵引供电的要求计算确定。
AT供电方式的工作原理,2009.09,2.2“长回路”感应影响实际上,AT存在着很小的阻抗,因此在全供电臂内将有部分牵引电流流经轨道、大地返回变电所。
这是因为,像一般电路中一样,牵引网电路中的电流是按电路阻抗分配的,当电力机车在供电分区运行时,在全供电臂内都有电流沿各支路,包括轨道、大地流行,并进入所有的AT。
所以供电方式的防干扰效果,即使电力机车位于AT处,也不像上述那样理想。
不过,流经轨道、大地返回变电所的电流极小,故对邻近通信线的电磁感应影响很小。
这部分影响称为“长回路”感应影响。
AT供电方式的工作原理,2009.09,2.3“短段效应”当牵引列车运行的电力机车位于两台AT之间时,也产生牵引电流流入轨道、大地的情况,如下图所示。
图中,由于AT1和AT2的副边回路中都引入了阻抗,其数值分别与电力机车至AT1、AT2的距离l1、l2成正比,而电力机车电流在轨道、大地中的分路电流I1、I2、的数值分别与两分路的阻抗成反比,所以两分路电流、可用下式表示:
AT供电方式的工作原理,2009.09,短段效短段效应示意图,按图中情形,两分路电流在流向AT1、AT2时都有一部分流入大地。
不过,由于电磁感应影响同电流与通信线平行长度的乘积成正比,将上式的第一式乘L1、第二式乘L2,可得。
所以在和两个长度内的电磁感应影响大小相等而方向相反,对平行长度延及这个AT段全长的通信线不产生电磁感应干扰影响。
AT供电方式的工作原理,2009.09,三、AT供电方式牵引变电所接线方式特点AT供电方式牵引变电所,按牵引变压器结线型式可分为:
(1)三相二相平衡结线
(2)三相十字交叉结线(3)V,V结线(4)单相结线按变电所牵引侧母线电压系统可分为:
(1)55kV单相
(2)227.5kV两相三线电压系统,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,2009.09,3.1三相二相平衡结线3.2三相十字交叉结线3.3V,V结线3.4单相结线3.5AT供电方式牵引变电所主接线举例,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,2009.09,3.1三相二相平衡结线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,3.1三相二相平衡结线
(1)斯科特结线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,斯科特结线,1三相送电线路;斯科特结线牵引变压器;3自耦变压器;4AT供电方式牵引网;T接触网;R轨道;F正馈线,
(2)YN/V阻抗匹配平衡结线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,YN/V阻抗匹配平衡结线,(3)YN/A非阻抗匹配平衡结线与阻抗匹配平衡结线相似。
从略。
3.2三相十字交叉结线分为两种:
(1)三相双绕组十字交叉结线
(2)三相三绕组YN,dll,dl十字交叉结线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,
(1)三相双绕组十字交叉结线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,三相双绕组十字交叉结线,
(2)三相三绕组YN,dll,dl十字交叉结线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,(a)原理电路图(b)电压相量图三相三绕组YN,d11,d1交叉结线,3.3V,V结线
(1)单相V,V结线
(2)三相V,V结线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,单相V,V结线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,三相V,V结线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,单相结线,3.4单相结线,小结:
以上叙述的AT供电方式牵引变电所八种主变压器结线方式中:
中点不接地方式(55kV单相电压系统):
斯科特结线中点接地方式(227.5kV两相三线电压系统):
其余七种结线方式AT供电方式牵引变电所主变压器副边中点不接地方式与中点接地方式的优缺点详见下表。
AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,主变压器副边中点不接地与中点接地的优缺点,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,3.5AT供电方式牵引变电所主接线举例,根据其馈电区段的供电制式分为
(1)普通牵引变电所
(2)AT牵引变电所根据牵引变电所的类型和牵引变压器的结线方式,可分为五种:
(1)单相V,v结线普通牵引变电所主结线
(2)三相YN,d11结线普通牵引变电所主结线(3)三相YN,d11,d1十字交叉结线AT牵引变电所主接线(4)三相两相斯科特结线AT牵引变电所主接线(5)三相两相斯科特结线普通牵引变电所主接线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,变压器接线型式应用于直接供电方式的主要有:
单相接线,V/v接线,YNd11接线,三相/两相平衡接线(SCOTT接线、Wood-Bridge接线等、阻抗匹配平衡接线等)应用于AT供电方式的主要有:
单相接线,V/x接线,三相/两相平衡接线(SCOTT接线、Wood-Bridge接线等),十字交叉接线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,目前,国外高速铁路牵引变压器多采用三相两相平衡变压器、单相变压器。
意大利、新西兰采用单相接线牵引变压器法国TGV采用单相和V/v接线变压器日本东海道新干线采用SCOTT接线山阳新干线采用Modified-Woodbridge接线变压器台湾高速铁路采用的是LeBlanc接线变压器,AT供电方式,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,三相YN,d11,d1十字交叉结线原理图,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,三相YN,d11,d1十字交叉结线AT牵引变电所主接线,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,三相两相斯科特结线原理图,AT供电方式,2009.09,AT供电方式牵引变电所接线方式特点,三相两相斯科特结线AT牵引变电所主接线,四、AT牵引网的构成AT牵引网分为:
4.1无保护线的单线AT牵引网4.2有保护线的单线AT牵引网4.3无保护线的复线AT牵引网4.4有保护线的复线AT牵引网4.5简易AT牵引网,AT牵引网的构成,2009.09,2009.09,AT牵引网的构成,4.1无保护线的单线AT牵引网,4.2有保护线的单线AT牵引网,2009.09,AT牵引网的构成,4.3无保护线的复线AT牵引网,2009.09,AT牵引网的构成,4.4有保护线的复线AT牵引网,4.5简易AT牵引网,2009.09,AT牵引网的构成,
(1)上、下行接触网共用AT供电方式
(2)上、下行接触网互为正馈线的供电方式,上、下行接触网共用AT供电方式,2009.09,AT牵引网的构成,上、下行接触网互为正馈线的供电方式,五、AT牵引网阻抗计算,AT牵引网阻抗计算,2009.09,5.1AT网络的电流分布
(1)单线区段电流分布
(2)复线上、下行通过分区所并联供电时AT网络电流分布分析中假设:
1.忽略AT漏抗2.假设钢轨对地漏导为零,2009.09,AT牵引网阻抗计算,
(1)单线区段电流分布(a)无保护线的单线AT网络,2009.09,AT牵引网阻抗计算,式中:
为接触悬挂自阻抗(),为接触悬挂与正馈线间互阻抗(),为接触悬挂与钢轨间互阻抗(),为钢轨回路自阻抗(),为钢轨与正馈线问互阻抗(),为正馈线自阻抗(),2009.09,AT牵引网阻抗计算,方程组的解为:
2009.09,AT牵引网阻抗计算,当接触线和正馈线导线截面相等且悬挂位置对称时,上式可简化为:
结论:
无保护线单线AT网络中,列车在AT段内运行时,网络内电流分布与列车在段中的位置系数x/D成线性关系。
2009.09,AT牵引网阻抗计算,(b)有保护线的单线AT网络,列写方程组:
2009.09,AT牵引网阻抗计算,方程组的解为:
2009.09,AT牵引网阻抗计算,2009.09,AT牵引网阻抗计算,式中:
为接触悬挂自阻抗(),为接触悬挂与正馈线间互阻抗(),为接触悬挂与钢轨间互阻抗(),为钢轨回路自阻抗(),为钢轨与正馈线问互阻抗(),为正馈线自阻抗(),结论:
当接触悬挂、正馈线截面相等及导线相对位置对称,且保护线至接触悬挂和正馈线的距离大致相等时,即有保护线的设置对AT网络电流分布没有影响,2009.09,AT牵引网阻抗计算,为保护线与接触悬挂间互阻抗(),为保护线与钢轨间互阻抗(),为保护线与正馈线间互相阻抗(),为正馈线与钢轨问互阻抗(),2009.09,AT牵引网阻抗计算,
(2)复线上、下行通过分区所并联供电时AT网络电流分布,网络内的电流分布可由下式确定,2009.09,AT牵引网阻抗计算,为供电臂内AT段数;,为列车至变电所的距离(km);,为供电臂长度(km);,为列车所在AT段的序号;,2009.09,AT牵引网阻抗计算,双线上、下行并联AT网络的钢轨电流分布与单线网络完全相同,但,的分布与单线不同。
相同的列车在段中的位置系数为x/D情况下,双线AT网络的较单线时为小,而则较大。
但各导线中的电流变化仍与x/D成线性关系。
当供电臂内含多个AT段时,不同AT段内的的变化规律是不同的,但各电流曲线的斜率则与AT段的序号无关,可保持不变。
与单线AT网络一样,双线AT网络加保护线对网络的电流分布规律没有影响。
5.2AT牵引网阻抗5.2.1单线区段AT供电方式的牵引网阻抗不是一种均匀分布参数。
在接触线与钢轨间接入列车负载时,折算到接触网电压的AT网络阻抗由两部分组成,长回路阻抗和列车在段中阻抗。
当列车由牵引变电所出发通过整个供电臂时,其所遇到的牵引网阻抗为一系列递增的鞍形曲线。
(1)AT网络的等值(当量)电路由于AT网络是个多网孔的复杂电路,这给牵引网抗的计算带来极大的不便。
2009.09,AT牵引网阻抗计算,
(1)先找出折算到AT二次侧的AT网络等值电路;
(2)消去电路中的互感,便得到没有互感的AT网络等值电路;(3)最后考虑钢轨对地漏导和AT漏抗相互能抵消的作用,忽略钢轨对地漏导和AT的漏抗,得到最简化的AT网络等值电路。
2009.09,AT牵引网阻抗计算,AT网络的等值电路,2009.09,AT牵引网阻抗计算,化简为,消去互阻抗后的AT网络等值电路如下图所示。
2009.09,AT牵引网阻抗计算,消去互阻抗的AT网络等值电路,图中各等值导线的阻抗为:
2009.09,AT牵引网阻抗计算,当忽略钢轨对地漏导和AT漏抗时,则可得简化的AT网络等值电路,如下图所示。
AT网络的简化等值电路图,
(2)AT牵引网的阻抗,2009.09,AT牵引网阻抗计算,将上式进行化简,得,AT网络的阻抗与长度的关系如右图所示。
5.2.2复线区段复线并联供电牵引网的阻抗为:
2009.09,AT牵引网阻抗计算,六、京津线AT牵引网简介6.1.京津线供电系统简介6.2.京津线AT网构成,2009.09,京津AT牵引网简介,6.1.京津线供电系统简介进线电压220kV,2个变电所,2个开闭所,7个AT所,3个分区所。
2009.09,京津AT牵引网简介,2009.09,京津AT牵引网简介,牵引变电所主接线,开闭所主接线,AT所主接线,全线设2个牵引变电所(亦庄,武清)、4个分区所和2个开闭所(北京南,天津)。
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