AT供電系統(tǒng)PPT課件

1、主要內(nèi)容,AT供電系統(tǒng)概述 適用于AT供電的變壓器接線 AT供電系統(tǒng)計(jì)算 AT牽引變電所主接線 幾種AT供電方式的比較,第1頁/共65頁,AT供電系統(tǒng)概述,隨著電氣化鐵路的提速，高速、大功率的電力機(jī)車不斷投入運(yùn)行，已有的幾種供電方式各有缺點(diǎn)，為了提高供電可靠性，減小對通訊線路的干擾，增大供電能力，引入了自耦變壓器供電方式（AT供電方式）。 自耦變壓器的引入使得牽引供給電系統(tǒng)供電電壓為55kV，提高了供電能力，但供給電力機(jī)車的電壓仍為25kV。,第2頁/共65頁,AT供電系統(tǒng)中，牽引變電所牽引側(cè)電壓為55kV或2x27.5kV，牽引網(wǎng)電壓為27.5/0/-27.5kV三線制。 牽引網(wǎng)接觸線C和負(fù)

2、饋線F接在自耦變壓器的原邊，構(gòu)成55kV供電回路，而鋼軌與自耦變壓器的中點(diǎn)連接，使接觸網(wǎng)與鋼軌間的電壓仍然保持為27.5kV。 自耦變壓器的容量，視鐵路運(yùn)量及AT間隔大小而定，通常AT間距為812km。,第3頁/共65頁,AT(自耦變壓器)供電系統(tǒng)原理,牽引電流通過電力機(jī)車后從負(fù)饋線返回。 供電電壓提高，更能適應(yīng)大功率負(fù)荷的供電，功率輸送能力強(qiáng)，供電距離遠(yuǎn)（一個(gè)供電臂4050km），可減少牽引變電所數(shù)量，減少電分相數(shù)目；有效降低對通訊線路的干擾; 。,第4頁/共65頁,全并聯(lián)AT供電系統(tǒng),在復(fù)線AT供電方式的基礎(chǔ)上，將上下行牽引網(wǎng)的接觸線（T）、鋼軌（R）和負(fù)饋線（F）在變電所出線處及AT所處

3、通過橫聯(lián)線并聯(lián)起來。 上下行牽引網(wǎng)雖然都有各自的斷路器，但在正常情況下均為一用一備運(yùn)行方式，即上下行牽引網(wǎng)共用一臺(tái)斷路器。,第5頁/共65頁,SS變電所；ATP自耦變壓器所；SP分區(qū)所； SFSP輔助開閉所； T接觸線；R鋼軌；F負(fù)饋線； PW保護(hù)線； CPW輔助連接,全并聯(lián)AT供電系統(tǒng),輔助聯(lián)接(CPW)，其作用主要是降低軌道對地電位。計(jì)算表明，在AT段中部作一處CPW可降低軌道對地最大電位2530。在AT段中段同時(shí)作一處CPW及上、下行保護(hù)線橫向聯(lián)接時(shí)，可降低軌道對地最大電位50左右。,第6頁/共65頁,全并聯(lián)AT供電的特點(diǎn),全并聯(lián)AT供電方式與不并聯(lián)的AT供電方式相比，減小牽引網(wǎng)單位長度

4、阻抗，減少電壓損失和增強(qiáng)供電能力。在相同的負(fù)載條件下，可以減少牽引網(wǎng)電力損失大約10。同時(shí)，由于在每一AT站都進(jìn)行了并聯(lián)，負(fù)荷電流在上下行牽引網(wǎng)進(jìn)行了均分，使得線路運(yùn)行更加均衡，大大提高了供電的可靠性和帶負(fù)載能力及減少對周圍通訊的干擾。 在全并聯(lián)AT供電方式下，由于在每一個(gè)AT站進(jìn)行電氣的橫聯(lián)后，整個(gè)牽引網(wǎng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得極其復(fù)雜。當(dāng)牽引網(wǎng)線路發(fā)生短路時(shí)，故障區(qū)段及故障地點(diǎn)的準(zhǔn)確判別也變得非常困難，不利于故障的排除和供電的及時(shí)恢復(fù)。,第7頁/共65頁,適用于AT供電方式的變壓器接線,應(yīng)用于AT供電方式的主要有： 單相接線、 V/X接線 、三相/兩相平衡接線(Scott接線等)、十字交叉接線,

5、第8頁/共65頁,單相接線牽引變壓器,膠濟(jì)線郭店?duì)恳冸娝?20kV單相變,用在AT供電系統(tǒng)為二次側(cè)中點(diǎn)抽出式單相接線 母線國內(nèi)僅大秦線秦北牽引變電所,第9頁/共65頁,V/X接線牽引變壓器,合寧線華興牽引變電所220kV,京津線采用這種接線,第10頁/共65頁,YNd11d1十字交叉接線,大秦線延慶牽引變電所,第11頁/共65頁,Scott接線牽引變壓器,大秦線木林牽引變電所,我國AT供電系統(tǒng)大量采用這種接線,第12頁/共65頁,AT供電系統(tǒng)計(jì)算,分析中假設(shè)： 1. 2. 3. ，,第13頁/共65頁,單線AT網(wǎng)絡(luò)中的電流分布,第14頁/共65頁,長回路中， C和F中電流都為 。 短回路中，

6、電流分布復(fù)雜 ，分析如下：,第15頁/共65頁,由于 ，同時(shí) 則 可得電壓降平衡式 其中 視接觸網(wǎng)，負(fù)饋線關(guān)于鋼軌對稱布置，而且接觸網(wǎng)，負(fù)饋線自阻抗相當(dāng)，則 。,第16頁/共65頁,此時(shí)再考慮節(jié)點(diǎn)電流關(guān)系，化簡得 說明：在如上假設(shè)條件下，短回路的AT段內(nèi)，機(jī)車電流在前后軌道中產(chǎn)生的分量按距離反比例分配。,第17頁/共65頁,單線AT網(wǎng)絡(luò)中的電流分布規(guī)律： 長回路內(nèi)：C和F中電流都為 。 短回路內(nèi)：機(jī)車電流在前后軌道中產(chǎn)生的分量按距離反比例分配。,第18頁/共65頁,第19頁/共65頁,復(fù)線AT網(wǎng)絡(luò)中的電流分布,復(fù)線AT網(wǎng)絡(luò),第20頁/共65頁,在一定條件下，可做出等效的單線雙邊供電網(wǎng)絡(luò)：,第2

7、1頁/共65頁,短回路電流的求解 方法：列寫電流關(guān)系及電壓降平衡關(guān)系 電流關(guān)系方程,第22頁/共65頁,電壓降平衡方程 跟單線AT網(wǎng)絡(luò)類似，有 其中,第23頁/共65頁,化簡整理得 依假設(shè)條件 ，則 短回路中各支路電流為 可知，復(fù)線AT網(wǎng)絡(luò)的短回路中，機(jī)車電流與單線一樣，軌中電流按AT段距離反比例分配。,第24頁/共65頁,長回路電流的求解 方法：列寫歸算到55kV電壓等級下的電壓降方程 按左側(cè)回路,第25頁/共65頁,按右側(cè)回路,第26頁/共65頁,整理兩電壓降方程得 考慮到假設(shè)條件 則 由此可知，在假設(shè)的條件下，復(fù)線AT網(wǎng)絡(luò)長回路中機(jī)車電流在上下行中亦按距離反比例分配。,第27頁/共65頁

8、,復(fù)線AT網(wǎng)絡(luò)的電流分布規(guī)律： 長回路中，機(jī)車電流在上下行中按距離成反比例分配。 短回路中，機(jī)車電流與單線一樣，軌中電流亦按AT段距離反比例分配。,第28頁/共65頁,方法：求端口電壓、電流的關(guān)系。,單線AT網(wǎng)絡(luò)的阻抗計(jì)算,第29頁/共65頁,歸算到牽引側(cè)（27.5kV）的牽引網(wǎng)電壓降為 整理得 故單線AT網(wǎng)絡(luò)阻抗為,第30頁/共65頁,考慮到假設(shè)條件 單線AT網(wǎng)絡(luò)的阻抗近似值為 其中，,第31頁/共65頁,復(fù)線AT網(wǎng)絡(luò)的阻抗計(jì)算,方法： 等效為單線雙邊供電網(wǎng)絡(luò)，再求端口電壓、電流的關(guān)系。,第32頁/共65頁,等效的單線雙邊供電網(wǎng)絡(luò)及電流分布,第33頁/共65頁,歸算到27.5kV下，按右側(cè)回

9、路建立電源至機(jī)車的牽引網(wǎng)電壓降方程 考慮到假設(shè)條件 ，上式可化簡為,第34頁/共65頁,電源至機(jī)車段復(fù)線牽引網(wǎng)歸算到27.5kV下的等值阻抗 即,第35頁/共65頁,AT牽引變電所主接線 AT牽引供電系統(tǒng)采用的是225kV電壓供電，由正饋線、負(fù)饋線和鋼軌形成電能的通路，供電能力強(qiáng)，每個(gè)供電臂的供電距離可以達(dá)到約50kM，適用于高速、重載電氣化鐵路。供電臂沿線通常每隔10kM設(shè)置一座AT站。 AT牽引變電所一般采用三相-二相變壓器，如SCOTT、伍德橋、十字交叉、當(dāng)量平衡、阻抗匹配等接線的變壓器，由于負(fù)荷重，變壓器容量較大。 除了牽引側(cè)的電壓等級，這種牽引變電所總的來說，在主接線上無過多特殊之處

10、。,第36頁/共65頁,復(fù)線AT牽引變電所主結(jié)線示意圖,第37頁/共65頁,AT所主接線 AT所中的自耦變壓器，其中點(diǎn)經(jīng)中性線（N）與接觸網(wǎng)保護(hù)線（PW）相連后接至鋼軌，兩個(gè)引線端子分別接至接觸網(wǎng)和負(fù)饋線。 AT供電系統(tǒng)的除了牽引變電所變壓器、牽引側(cè)接線等方面與直供、BT方式不同，沿線還通常每隔10kM設(shè)置一座AT所，以維持AT牽引網(wǎng)電壓和AT吸流作用。 AT所的位置有3種： 供電臂首端：不單獨(dú)設(shè)置AT所，而是置于牽引變電所內(nèi) 供電臂中間：設(shè)置AT所，或者設(shè)置AT開閉所 供電臂末端：設(shè)置AT分區(qū)所,第38頁/共65頁,復(fù)線AT所示意圖,普通AT所：所中的自耦變壓器，其中點(diǎn)經(jīng)中性線（N）與接觸網(wǎng)

11、保護(hù)線（PW）相連后接至鋼軌，兩個(gè)引線端子分別接至接觸網(wǎng)和負(fù)饋線。,第39頁/共65頁,AT開閉所示意圖,AT開閉所（SFSP）：AT牽引網(wǎng)供電臂一般較長，可達(dá)40km50km。為了減小牽引網(wǎng)故障時(shí)的停電范圍，常在供電臂中間設(shè)置開閉所。實(shí)行保護(hù)分段。此外。在重要的區(qū)段站、編組站或電力機(jī)務(wù)段所在站，也可設(shè)置開閉所進(jìn)行分段。,第40頁/共65頁,AT分區(qū)所：將分區(qū)所及其兩側(cè)供電臂的AT所合并。作用主要是（1）使上、下行牽引網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電，以改善牽引供電條件；（2）當(dāng)相鄰牽引變電所因故全所停電時(shí)，可通過分區(qū)所的聯(lián)絡(luò)開關(guān)實(shí)現(xiàn)越區(qū)供電。,AT分區(qū)所主接線示意圖,第41頁/共65頁,法國牽引變電所主接線,

12、主接線實(shí)例,第42頁/共65頁,日本牽引變電所主接線,第43頁/共65頁,第44頁/共65頁,第45頁/共65頁,第46頁/共65頁,京津城際,京津城際鐵路是我國修建的第一條設(shè)計(jì)時(shí)速為350km的高速電氣化鐵路，正線全長約115.2km ，上下行復(fù)線設(shè)計(jì)， 2008年8月1日投入商業(yè)運(yùn)營。京津城際鐵路首次向世人全面展示我國高速鐵路技術(shù)體系，對于京滬高速鐵路等其它客運(yùn)專線具有重要的示范作用。 設(shè)計(jì)年度初期2015年，近期2020年，遠(yuǎn)期2030年。線路設(shè)計(jì)最高速度為350km/h，采用CRH3型交直交電動(dòng)車組，其功率因數(shù)接近于1.0，可保證亦莊牽引變電所的功率因數(shù)不低于0.9；列車運(yùn)行時(shí)各次諧波

13、含量低。 牽引網(wǎng)供電方式采用AT供電方式，全線設(shè)武清、亦莊2座牽引變電所，牽引變電所的外部電源電壓等級采用220kV，牽引變壓器結(jié)線型式采用Vx結(jié)線型式（兩臺(tái)單相V結(jié)）。,第47頁/共65頁,亦莊牽引變電所內(nèi)設(shè)有兩組牽引變壓器（每組牽引變壓器由兩臺(tái)單相變壓器V結(jié)構(gòu)成，每臺(tái)單相變壓器向一個(gè)供電臂供電，單臺(tái)變壓器容量為31.5MVA），正常運(yùn)行時(shí)，一組投入運(yùn)行，另一組備用。 亦莊牽引變電所牽引變壓器主要技術(shù)參數(shù),第48頁/共65頁,ATS自耦所；PP并聯(lián)點(diǎn)；SP分區(qū)點(diǎn)；TPS牽引供電；TSS牽引變電所；備用變壓器,京津城際220kV / 2 25 kV TPS 系統(tǒng)饋電概覽圖,第49頁/共65頁,

14、第50頁/共65頁,第51頁/共65頁,第52頁/共65頁,第53頁/共65頁,第54頁/共65頁,第55頁/共65頁,幾種AT供電模式的比較,日本模式（55kV 有SSAT，京秦、大秦線） 法國模式（227.5kV 無SSAT，京津） 中國模式（55kV 無SSAT，京津）,第56頁/共65頁,幾種AT供電模式的比較,1）日本模式自耦變電磁傳遞（基于AT變比分配） 日本模式供電方式在供電范圍內(nèi)的任何地點(diǎn)均通過自耦變壓器電磁傳遞實(shí)現(xiàn)牽引負(fù)荷能量的傳遞，通過AT供電回路實(shí)現(xiàn)電流在AT所上的接觸網(wǎng)與負(fù)饋線之間的分配（按自耦變壓器變比分配，通常為1:1）。,第57頁/共65頁,2）法國模式機(jī)理阻抗關(guān)

15、系分配 法國模式，特別是在第一個(gè)AT段內(nèi)，存在由接觸網(wǎng)、負(fù)饋線、鋼軌、牽引變壓器組成的直供回路和由接觸網(wǎng)、負(fù)饋線、鋼軌、自耦變壓器組成的AT回路兩條能量傳遞途徑，其電流根據(jù)直供回路與AT回路兩個(gè)供電回路間的阻抗關(guān)系來分配，而日本模式是通過純粹的電磁傳遞關(guān)系來分配，電流分配僅取決于AT回路，與牽引變壓器的阻抗沒有關(guān)系，這是兩種供電方式的本質(zhì)區(qū)別。法國模式具有與日本模式相似的功能，但會(huì)受阻抗關(guān)系影響，假設(shè)一種極端情況，即使得鋼軌的電阻為0，此時(shí)完全成為一個(gè)27.5kV的直接供電方式，負(fù)饋線不起任何作用。,第58頁/共65頁,法國模式第一個(gè)AT段為直接供電方式 法國模式供電方式受列車運(yùn)行位置影響，極

16、端情況下，當(dāng)列車靠近牽引變電所時(shí)，實(shí)際上成為由牽引變電所中點(diǎn)抽頭與接觸網(wǎng)出線之間形成的27.5kV直接供電方式。因此，在越靠近牽引變電所，其AT的效果越差，通信防護(hù)能力也減弱，由于臨近牽引變電所的接觸線電流是AT供電方式下的2倍，需要設(shè)置加強(qiáng)導(dǎo)線。,第59頁/共65頁,斷路器端口電壓問題 法國模式供電方式的初衷是降低絕緣標(biāo)準(zhǔn)，從55kV降低到27.5kV，但按27.5kV設(shè)計(jì)斷路器有潛在缺陷。牽引變電所出口斷路器中的接觸網(wǎng)出口斷路器與負(fù)饋線出口斷路器不可能同時(shí)跳開，因此，在短暫時(shí)間內(nèi)，總會(huì)有一個(gè)斷路器必然承受55kV電壓，若其中一個(gè)出口斷路器拒動(dòng)，另一個(gè)斷路器將長時(shí)間承受55kV電壓，出于安全

17、考慮，出口斷路器絕緣仍然宜采用55kV的電壓絕緣等級設(shè)計(jì)。,第60頁/共65頁,法國模式對變壓器制造要求高 為適應(yīng)法國模式的軌道接線要求，牽引變壓器需引出中間抽頭，且次邊上繞組需做特殊設(shè)計(jì)，提高容量。一般變壓器均沒有中間抽頭，采用單相接線時(shí)需采取VX接線方式；平衡變壓器的中間抽頭為滿足阻抗匹配關(guān)系，設(shè)計(jì)制造難度大；YND11變壓器需兩個(gè)變壓器，去構(gòu)造十字交叉接線方式等，總之法國模式對牽引變壓器需做特殊設(shè)計(jì)，變壓器利用率不高。,第61頁/共65頁,中國模式的優(yōu)點(diǎn) 牽引變壓器二次側(cè)輸出55kV單相電壓，牽引變壓器出口不設(shè)自耦變電所，大大減少投資； 無需布置牽引變電所出口的軌回流，而由AT接地解決

18、。鄰近牽引變電所的軌道末端不接入變電所，軌道另一端與第一個(gè)自耦變電所中點(diǎn)連接。該模式電流基于AT變比分配，不受接觸網(wǎng)、軌道等阻抗影響。 牽引變壓器不需中間抽頭，很大程度減少牽引變壓器的制造難度，同時(shí)，省去了牽引變電所的軌回流線布置。 牽引變壓器二次側(cè)不需要像法國模式那樣增加繞組容量，能夠提高牽引變壓器容量利用率。 T線F線電流總相等，牽引母線容易選型。 首個(gè)AT段不需設(shè)置接觸網(wǎng)加強(qiáng)線。,第62頁/共65頁,中國模式的缺點(diǎn) （1）變電所二次側(cè)斷路器、壓互、避雷器等應(yīng)按55kV對地工作電壓考慮外絕緣。 （2）首個(gè)AT的容量需要根據(jù)整個(gè)供電臂AT段的設(shè)置進(jìn)行合理選擇，可能較既有方案大。,第63頁/共

19、65頁,牽引變壓器次邊各段繞組電流 1 單線,第64頁/共65頁,2 復(fù)線,第65頁/共65頁,AT供電系統(tǒng)概述,隨著電氣化鐵路的提速，高速、大功率的電力機(jī)車不斷投入運(yùn)行，已有的幾種供電方式各有缺點(diǎn)，為了提高供電可靠性，減小對通訊線路的干擾，增大供電能力，引入了自耦變壓器供電方式（AT供電方式）。 自耦變壓器的引入使得牽引供給電系統(tǒng)供電電壓為55kV，提高了供電能力，但供給電力機(jī)車的電壓仍為25kV。,第2頁/共65頁,全并聯(lián)AT供電系統(tǒng),在復(fù)線AT供電方式的基礎(chǔ)上，將上下行牽引網(wǎng)的接觸線（T）、鋼軌（R）和負(fù)饋線（F）在變電所出線處及AT所處通過橫聯(lián)線并聯(lián)起來。 上下行牽引網(wǎng)雖然都有各自的斷路器，但在正常情況下均為一用一備運(yùn)行方式，即上下行牽引網(wǎng)共用一臺(tái)斷路器。,第5頁/共65頁,整理兩電壓降方程得 考慮到假設(shè)條件 則 由此可知，在假設(shè)的條件下，復(fù)線AT網(wǎng)絡(luò)長回路中機(jī)車電流在上下行中亦按距離反比例分配。,第27頁/共65頁,方法：求端口電壓、電流的關(guān)系。,單線AT網(wǎng)絡(luò)的阻抗計(jì)算,第29頁/共65頁,考慮到假設(shè)條件 單線AT網(wǎng)絡(luò)的阻抗近似值為 其中，,第31頁/共65頁,復(fù)