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，在實行交流電氣化的前期，在牽引網中普遍應用了BT供電方式。但當高速、大功率機車在這種電路(dinl)中通過吸流變壓器分段時，在受電弓上會產生強烈電弧，為了克服此缺點，后來發展了一種新的牽引網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。可設想為從一臺普通(ptng)雙繞組變壓器演變而來。1.電壓、電流關系 其原次邊的電壓、電流關系與雙繞組

2、變壓器一樣。2.容量關系 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串聯繞組串聯繞組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， 電壓(diny)為27.5kV,即 設機車電流為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 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的絕緣水平即可將牽引回路的供電電壓提高一倍。可以大大增加牽引變電所的間距，一般可達100km左右(zuyu)，減少牽引變電所的數目。 自耦變壓器是并聯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： 忽略自耦變壓器漏抗，即認為ZAT=0； 假設鋼軌對地漏導為零，即不考慮短回路的地中電流； 假設接觸網、正饋線關于鋼軌對稱(duchn)布置，而且接觸網、正饋線自阻抗相當，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)保護線(PW)Department

5、 of Electrical Engineering接觸線承力索鋼軌25kV-25kV50kV保護線正饋線第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牽引網阻抗牽引網阻抗(/km)0.60.650.60.650.50.550.50.550.850.90.850.90.160.20.160.2牽引網結構牽引網結構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、自耦變壓器和保護線。器和保護線。最復雜最復雜牽引網電壓水平牽引網電壓水平較好較好良好良好較差較差最好最好牽引網電能損失牽引網電能損失(%)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管理維護管理最少最少較少較少較多較多最多最多牽引網造價牽引網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的架空導線，它供電給諸饋電點或增加有效橫斷面積，并通

7、過自耦變壓器形成與接觸網等值反向的電流流回變電所。保護線(PW線) protective wire:在AT供電方式(fngsh)中與鋼軌并聯，具有集中地線和牽引電流屏蔽線作用的導線。 設置保護線的目的：（1）避免將接觸網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）當牽引網發生短路故障時，可為短路電流提供一條良好的金屬通路，便于繼電保護動作。當負載電流和短路電流較大時，軌道和保護線的對地電位可能較高。在此情況下，保護線與支柱間可用3kV6kV絕緣子隔開。在軌道和保護

8、線的對地電位較低時，保護線可不加絕緣而直接(zhji)安裝在接觸網的金屬支架上。理論分析表明：保護線的設置對AT網絡中的電流分布和主要牽引供電參數并無明顯影響。在正常運行情況下，保護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網絡網絡(wnglu)中的電流分布（故測理論依據）中的電流分布（故測理論依據） 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，機車電流在前后軌道(gudo)中產生的分量按距離反比例分配。復線AT段經過計算也有同樣的規律。因此可以得出結論：AT網絡的電流分布規律：1.長回路中，機車電流在軌道(gudo)中按距離反比例分配。2.短回路中，機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60年代末日本提出的，其基本原理如下：假設(jish)AT為理想變壓器、鋼軌對地全絕緣，且沿線路阻抗參數均勻分布，則當故障發生在第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(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，確定故障區段，然后(rnhu)通過吸上電流比 計算實際故障位置。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， 為各分段點出故障時的吸上電流比， 為各分段點距離， 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測距參數的關聯性（1）比較(bjio)變電所、AT所、AT分區所的T、F線電流，根據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分區所的吸上電流，跳閘區段在兩個較大電流所亭之間，根據吸上電流比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，故障點越靠近第一個所；Q值越接近1，故障點越靠近第二個所。2.AT測距的精度校正（1）核定定值AT測距法：重新核對各所亭的公里標，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)根據任意點短路吸上電流比就可以求出相應的短路點。反之，根據每一次短路的實際短路點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