【高速鐵路AT供電牽引變壓器接線(xiàn)方式及繼電器的保護(hù)配置與整定研究（任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+論文）15000字】

任務(wù)書(shū)題目高速鐵路AT供電牽引變壓器接線(xiàn)方式及繼電器的保護(hù)配置與整定研究專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)本學(xué)生姓名承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位導(dǎo)師姓名導(dǎo)師職稱(chēng)教授一、設(shè)計(jì)內(nèi)容在電力牽引的區(qū)段內(nèi)，牽引供電是否可靠，關(guān)乎鐵路運(yùn)輸是否可靠，牽引供電系統(tǒng)若因故障停止運(yùn)轉(zhuǎn)，那么系統(tǒng)所覆蓋的鐵路其運(yùn)作也就會(huì)完全陷入癱瘓之中，給鐵路交通帶來(lái)麻煩和混亂，同時(shí)也會(huì)給國(guó)有經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的損失。為了消除這個(gè)隱患，《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10009-2005）規(guī)定電力牽引必須作為核心負(fù)載，牽引變電所應(yīng)設(shè)置至少兩個(gè)電源以滿(mǎn)足用電需求。當(dāng)其中一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另外的通道仍然可以正常供電。兩個(gè)電源通常來(lái)自電力系統(tǒng)中的不同變電站（或發(fā)電廠）。這也符合鐵路系統(tǒng)故障導(dǎo)向安全的總體要求。如果當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)困難或者受自然條件因素的制約比較大，可同時(shí)采用來(lái)自同一所變電站的不同回路。此外，確定牽引供電模式之前，必須著重檢驗(yàn)電源是否可靠、電源容量是否足夠，牽引變電所輸入線(xiàn)的電源電壓電平是否控制為110kV或220kV[4]，滿(mǎn)足基本要求后再來(lái)衡量是否能帶來(lái)最大的經(jīng)濟(jì)效益。二、基本要求中國(guó)乃至世界鐵路的發(fā)展朝著高速化的方向發(fā)展，飛速發(fā)展的鐵路，離不開(kāi)一種高效的供電方式，一個(gè)安全可靠的供電系統(tǒng)。供電，是列車(chē)運(yùn)行的能源所在，是其命脈。隨著我國(guó)高鐵技術(shù)的飛速發(fā)展。AT供電方式的優(yōu)越性體現(xiàn)在它有著巨大的供電容量，并且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的供電，避免了繁雜的電分段以及電分相。有效減弱對(duì)通信的感應(yīng)響應(yīng)等特點(diǎn)的AT供電方式也更加受到人們的青睞。高速鐵路一般采用全并聯(lián)式的AT供電方式。本文著重分析了AT供電方式、AT供電方式的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)、牽引網(wǎng)的阻抗及簡(jiǎn)單計(jì)算、各種AT供電牽引變壓器接線(xiàn)方式研究、繼電保護(hù)、牽引主變保護(hù)及其整定、饋線(xiàn)保護(hù)及其整定等，最后以一條高速鐵路AT供電系統(tǒng)的保護(hù)整定參數(shù)的實(shí)例進(jìn)行計(jì)算。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)[1]李群湛，賀建閩.牽引供電系統(tǒng)分析[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2007：12-101.[2]錢(qián)仲候.高速鐵路概論[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1994.[3]李群湛，郭錯(cuò)，周福林.交流電氣化鐵路AT供電牽引網(wǎng)電氣分析[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)2012,47(1)：1-6.[4]郭曉旭.高速鐵路牽引網(wǎng)建模與仿真[D].成都：西南交通大學(xué)，2014.[5]李群湛.牽引變電所電氣量的通用變換方法及其應(yīng)用[J].鐵道學(xué)報(bào).1994,16(1)：17-20.[6]王瀟.高速鐵路牽引網(wǎng)回流接地系統(tǒng)對(duì)鋼軌電位影響的研究[[D」成都：西南交通大學(xué)，2008.[7]張勛.牽引供電系統(tǒng)的建模與饋線(xiàn)保護(hù)仿真[D].北京：北京化工大學(xué)，2011.[8]趙滕.高速鐵路全并聯(lián)牽引網(wǎng)供電特性研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2012[9]林良真，葉林.電磁暫態(tài)分析軟件包[J].電網(wǎng)技術(shù)，2000,24(1)：65-67.[10]趙軍，賀智，徐敏.基于PSCAD/EMTDC的高壓直流輸電繼電保護(hù)建模與仿真[J].機(jī)電工程技術(shù)，2011,40(I2)：42-45[11]高仕斌，王偉.電力牽引AT供電網(wǎng)復(fù)故障及特殊運(yùn)行方法下故障測(cè)距原理[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，1991,03：8-12.[12]高仕斌，王偉，陳小川等.AT供電牽引網(wǎng)新型微機(jī)故障測(cè)距原理與應(yīng)用[J]鐵道學(xué)報(bào)，1993,12：19-27.[13]李?lèi)?ài)武，謝紹峰，牛鵬超，等.電氣化鐵道復(fù)線(xiàn)AT供電網(wǎng)絡(luò)研究[J].鐵道運(yùn)營(yíng)技術(shù)，2010,16(3)：44-47.[14]譚秀炳.交流電氣化鐵道牽弓}供電系統(tǒng)(第三版)[J].成都：西南交通大學(xué)出版社，2009.[15]馬慶安.高速鐵路AT供電若干問(wèn)題的研究[D].西安：西南交通大學(xué)，2013[16]錢(qián)仲候.高速鐵路概論[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1994.[17]H.Roussel.PowersupplyfortheAtlanticTGVhighspeedline.InternationalConferenceonmainLineRailwayElectrification,1989：388-392.[18]曹建遒.電氣化鐵道供電系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1983.[19]楊波.AT牽引供電和綜合接地系統(tǒng)綜合仿真研究【D].北京：北京交通大學(xué)，2014.[20]許忠杰.AT牽引網(wǎng)模型研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2012.五、進(jìn)度計(jì)劃（1）第1-3周，確定畢業(yè)論文內(nèi)容，了解相關(guān)知識(shí)。（2）第4-5周，查閱相關(guān)資料，熟悉課題背景及理論要求，根據(jù)要求撰寫(xiě)選題報(bào)告。（3）第6-8周，根據(jù)要求，模擬動(dòng)車(chē)組獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。（4）第9-10周，軟硬件的代入及程序編寫(xiě)。（5）第11-14周，按照畢業(yè)論文要求撰寫(xiě)畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。教研室主任簽字時(shí)間年月日注：可根據(jù)內(nèi)容加頁(yè)。畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目高鐵動(dòng)車(chē)組空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)學(xué)生姓名一、研究背景隨著動(dòng)車(chē)組的速度越來(lái)越快，乘客對(duì)動(dòng)車(chē)組內(nèi)的空氣質(zhì)量、溫度、噪音、濕度等車(chē)內(nèi)環(huán)境的有了更高的需求。動(dòng)車(chē)組運(yùn)行過(guò)程中空調(diào)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的功能和作用。地區(qū)的不同，空調(diào)的功能作用也會(huì)不同。在我國(guó)南方地區(qū)和北方地區(qū)的溫度差異較大，動(dòng)車(chē)組空調(diào)連接一體，溫度是出廠就設(shè)置完成的，人數(shù)的增多或是減少，空調(diào)的溫度值并不會(huì)變化，也沒(méi)有溫度更改設(shè)置的操作控制器，合適的溫度對(duì)于傳統(tǒng)的動(dòng)車(chē)組空調(diào)來(lái)說(shuō)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，會(huì)冷熱不均。空調(diào)設(shè)置只有全冷和半冷，通風(fēng)量也只能簡(jiǎn)單的調(diào)控。所以動(dòng)車(chē)組空調(diào)系統(tǒng)的獨(dú)立性尤為重要。二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r隨著生活水準(zhǔn)的提升，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，乘客乘坐高鐵也有了更高標(biāo)準(zhǔn)，這種要求使空調(diào)列車(chē)也必須增高標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)車(chē)組空調(diào)技術(shù)發(fā)展有了分體式到整體式的變化。當(dāng)前高鐵動(dòng)車(chē)組列車(chē)所使用的空調(diào)機(jī)組多為車(chē)頂單元式。經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng)新，現(xiàn)階段已形成一種標(biāo)準(zhǔn)模式。因?yàn)樗俣瓤?，?dòng)車(chē)組高速列車(chē)的空調(diào)安裝重心也有所改變。當(dāng)時(shí)日本的特快列車(chē)，初期在鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛上裝設(shè)空調(diào)是以調(diào)節(jié)客室內(nèi)的溫、濕度為需求的。到現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)去好多年，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的空調(diào)是裝在車(chē)頂，隨著動(dòng)車(chē)組列車(chē)的不斷變化發(fā)展，空調(diào)改裝，認(rèn)為在車(chē)輛地板下較為合理。我國(guó)近年來(lái)動(dòng)車(chē)組列車(chē)發(fā)展日新月異，但是和一些先進(jìn)國(guó)家相比還是有差距。近年來(lái)國(guó)外動(dòng)車(chē)組已經(jīng)在使用一種旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，它比較輕便，抗干擾抗震動(dòng)，人們使用起來(lái)舒適度更高。目前，由我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)興號(hào)橫空出世，其實(shí)在運(yùn)行里程和大多數(shù)工業(yè)方面，已經(jīng)在領(lǐng)跑世界了，但是其中的空調(diào)機(jī)組，我國(guó)采用的方針政策是吸收、消化、利用、創(chuàng)新，和國(guó)外的空調(diào)技術(shù)發(fā)展方式是一樣的。我國(guó)的鐵路動(dòng)車(chē)組空調(diào)裝置也應(yīng)及時(shí)與世界接軌、緊跟步伐，開(kāi)拓新技術(shù)，使鐵路事業(yè)逐漸登上世界高峰。三、研究方案在本次設(shè)計(jì)中，首先通過(guò)了解動(dòng)車(chē)組空調(diào)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，再加上主要運(yùn)用以太網(wǎng)通訊技術(shù)、MCGS觸摸屏技術(shù)、PLC技術(shù)等結(jié)合，來(lái)設(shè)計(jì)模擬空調(diào)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行方案。簡(jiǎn)單的以動(dòng)車(chē)組空調(diào)控制裝置為例子，研究了解各項(xiàng)技術(shù)在自動(dòng)模式和手動(dòng)模式下的相互間的聯(lián)系配合，以及工作原理和功能的了解。再去設(shè)計(jì)模擬對(duì)應(yīng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)以及它們和一些電器元件的配合，從而能夠達(dá)到最終模擬設(shè)計(jì)出動(dòng)車(chē)組空調(diào)的獨(dú)立系統(tǒng)。四、進(jìn)度計(jì)劃（1）第1-3周，確定畢業(yè)論文內(nèi)容，了解相關(guān)知識(shí)。（2）第4-5周，查閱相關(guān)資料，熟悉課題背景及理論要求，根據(jù)要求撰寫(xiě)選題報(bào)告。（3）第6-8周，根據(jù)要求，模擬動(dòng)車(chē)組獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。（4）第9-10周，軟硬件的代入及程序編寫(xiě)。（5）第11-14周，按照畢業(yè)論文要求撰寫(xiě)畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。指導(dǎo)教師簽字時(shí)間年月日注：可根據(jù)報(bào)告的內(nèi)容加頁(yè)。1-目錄TOC\o"1-3"\h\u20292摘要 I6428第1章緒論 140871.1研究背景 1226601.2研究意義 129875第2章AT供電方式 318082.1牽引供電系統(tǒng)和其它供電方式 34912.1.1牽引供電系統(tǒng)概述 319072.1.2其它供電方式簡(jiǎn)述 3124802.2AT供電方式 5293402.3AT供電方式特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 6290382.4牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算 7283442.4.1牽引網(wǎng)的阻抗 7298962.4.2單線(xiàn)區(qū)段牽引網(wǎng)阻抗 826432第3章AT供電牽引變壓器接線(xiàn)方式研究 11180593.1單相接線(xiàn)牽引變壓器 11303353.1.1單相接線(xiàn)牽引變壓器的原理 11264533.1.2單相接線(xiàn)的供電方式 1151673.1.3單相接線(xiàn)牽引變壓器不對(duì)稱(chēng)度計(jì)算 12192653.2Vv接線(xiàn)牽引變壓器 13312633.2.1單相Vv接線(xiàn)牽引變壓器原理 1326783.2.2單相Vv接線(xiàn)的供電方式 13304743.2.3單相Vv牽引變壓器的不對(duì)稱(chēng)計(jì)算 14151553.2.4單相Vv接線(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn) 15268743.3斯科特接線(xiàn)牽引壓器 15268983.3.1斯科特接線(xiàn)變壓器原理 1591993.3.2斯科特變壓器的電壓電流關(guān)系 1631647第4章繼電器保護(hù)配置與整定 19283254.1繼電保護(hù)概述 19118994.1.1可靠性 19201464.1.2選擇性 1939884.1.3快速性 19261864.1.4靈敏性 19236224.2牽引主變保護(hù)及其整定 20310824.2.1差動(dòng)速斷電流保護(hù) 2072644.2.2反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù) 2074984.2.3非電量保護(hù) 2146994.3饋線(xiàn)保護(hù)及其整定 21276964.3.1低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù) 2146804.3.2自動(dòng)重合閘 22105344.3.3電流增量保護(hù) 227496第5章結(jié)論 2323075參考文獻(xiàn) 24第1章緒論電力牽引是近現(xiàn)代的一種新型鐵路運(yùn)輸形式。世界貿(mào)易博覽會(huì)于1879年在德國(guó)柏林召開(kāi)，會(huì)上，第一條電氣化鐵路得到了首次面世。在接下來(lái)的100多年里，整個(gè)國(guó)際范圍內(nèi)都在大力推廣發(fā)展電氣化鐵路。在上個(gè)世紀(jì)90年代，一些國(guó)家如日本、德國(guó)已經(jīng)將客運(yùn)轉(zhuǎn)向了高速發(fā)展，這是世界高鐵發(fā)展的里程碑。而在我國(guó)，自上個(gè)世紀(jì)60年代，電力牽引在我國(guó)首次應(yīng)用，截止2017年年底我國(guó)鐵路總里程為127000公里，通電里程超過(guò)85,300公里。中國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到12.7萬(wàn)公里，其中包括2.5萬(wàn)公里的高鐵，占世界高鐵總量的66.3％。鐵路電氣化率和雙軌率分別位居世界第一和第二位。50多年來(lái)，中國(guó)電氣化鐵路從零開(kāi)始，從低重到重載，從恒速到高速，成功走上了探索和創(chuàng)新的道路[1]。1.1研究背景從"四縱四橫"到"八縱八橫"，從增加客流支持，適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展需求的高速鐵路，它還充分利用將現(xiàn)有鐵路連接到開(kāi)發(fā)區(qū)的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)和城際鐵路。我國(guó)的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》踐行著2019，暢想著2030。飛速發(fā)展的鐵路，離不開(kāi)一種高效的供電方式，一個(gè)安全可靠的供電系統(tǒng)。供電，是列車(chē)運(yùn)行的能源所在，是其命脈。高速鐵路對(duì)牽引供電方式的結(jié)構(gòu)、性能提出了高標(biāo)準(zhǔn)、高要求：供電容量大，供電距離長(zhǎng)。電分段和電分相不宜過(guò)多。盡量減小對(duì)通信的影響，線(xiàn)路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)的成本不宜過(guò)高。供電方式的選擇更應(yīng)該由綜合經(jīng)濟(jì)因素來(lái)決定，例如鐵路，鐵路電力系統(tǒng)，以及用于鐵路內(nèi)部和外部的通信線(xiàn)路的通信要求來(lái)確定。在正常情況下，直接供電應(yīng)予采納。繁忙的主要線(xiàn)路，重載地區(qū)或鐵路用電力系統(tǒng)功率點(diǎn)（發(fā)電廠，變電站的區(qū)域）可以通過(guò)自耦變壓器供電。1.2研究意義隨著在1984年通過(guò)了對(duì)AT供電方式的首次在中國(guó)的京秦電氣化鐵路投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，中國(guó)的高鐵技術(shù)的飛速發(fā)展，AT供電方式的優(yōu)勢(shì)日益凸顯。大容量電源、遠(yuǎn)距離供電、電分段和電分相的簡(jiǎn)化。以上這些獨(dú)特優(yōu)越的AT電源特質(zhì)，多方位地削弱了對(duì)通信感應(yīng)的響應(yīng)，使之廣受青睞。選擇了AT供電方式，就要先了解何為AT供電方式。要懂得AT牽引網(wǎng)的阻抗如何計(jì)算，AT供電牽引變壓器如何接線(xiàn)。如此才能懂得高速鐵路AT供電系統(tǒng)的保護(hù)配置與整定。堅(jiān)持安全、穩(wěn)定性，提出方案和優(yōu)化性能。使供電作為高速鐵路的能源供應(yīng)系統(tǒng)，更加可靠，能源節(jié)約，效益最大化[2]。第2章AT供電方式2.1牽引供電系統(tǒng)和其它供電方式2.1.1牽引供電系統(tǒng)概述電力牽引供電系統(tǒng)指的是先從主電源系統(tǒng)或電力系統(tǒng)接收所需的電能，然后對(duì)之加以轉(zhuǎn)化，相變或換向（電源頻率交流電轉(zhuǎn)換成之后提供所需的電流系統(tǒng)電源到電力機(jī)車(chē)負(fù)載低頻交流電流或直流電壓），并完成牽引電力傳輸，配電等功能的完整體系。牽引供電系統(tǒng)的性能直接影響列車(chē)的牽引功率和牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能[1]。在電力牽引的區(qū)段內(nèi)，牽引供電是否可靠，關(guān)乎鐵路運(yùn)輸是否可靠，牽引供電系統(tǒng)若因故障停止運(yùn)轉(zhuǎn)，那么系統(tǒng)所覆蓋的鐵路其運(yùn)作也就會(huì)完全陷入癱瘓之中，給鐵路交通帶來(lái)麻煩和混亂，同時(shí)也會(huì)給國(guó)有經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的損失。為了消除這個(gè)隱患，《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10009-2005）規(guī)定電力牽引必須作為核心負(fù)載，牽引變電所應(yīng)設(shè)置至少兩個(gè)電源以滿(mǎn)足用電需求。當(dāng)其中一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另外的通道仍然可以正常供電。兩個(gè)電源通常來(lái)自電力系統(tǒng)中的不同變電站（或發(fā)電廠）。這也符合鐵路系統(tǒng)故障導(dǎo)向安全的總體要求。如果當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)困難或者受自然條件因素的制約比較大，可同時(shí)采用來(lái)自同一所變電站的不同回路。此外，確定牽引供電模式之前，必須著重檢驗(yàn)電源是否可靠、電源容量是否足夠，牽引變電所輸入線(xiàn)的電源電壓電平是否控制為110kV或220kV[4]，滿(mǎn)足基本要求后再來(lái)衡量是否能帶來(lái)最大的經(jīng)濟(jì)效益。2.1.2其它供電方式簡(jiǎn)述目前，可以普遍運(yùn)用在AC牽引供電系統(tǒng)中的電源模式主要有四種類(lèi)型：直接供電模式，BT（吸變壓器）供電模式，AT（自耦變壓器）的電源模式和CC（同軸電纜）電源模式。綜合考慮高速電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)的需要后，確定AT電源模式為主要的應(yīng)用，而用于各條線(xiàn)的類(lèi)型則選擇了對(duì)選擇供電模式：AT和直接電源的組合[5]。以下是對(duì)兩個(gè)電源模式的方法的分別解釋?zhuān)海?）直接供電方式直接供電是最簡(jiǎn)單的供電方式，在軌道上自主運(yùn)行的機(jī)車(chē)由其中一條接觸網(wǎng)和一條鋼軌直接構(gòu)成一個(gè)閉合的環(huán)，不增設(shè)任何能減少通信干擾的應(yīng)對(duì)措施。其優(yōu)點(diǎn)是：供電方式簡(jiǎn)易，投資是最經(jīng)濟(jì)，牽引阻力小，和更少的能量損失。因?yàn)檐壍篮徒拥孛娌唤^緣，再循環(huán)的一部分電流通過(guò)所述軌道最后到達(dá)地面，從而影響了通信線(xiàn)路。為了加大直接供電方式對(duì)防干擾的性能，使用直接供電，再加上再循環(huán)的線(xiàn)被用作DN電源。所謂DN供電方法包括一個(gè)接觸網(wǎng)絡(luò)，軌道，和被沿著線(xiàn)路豎立的負(fù)供給線(xiàn)NF。因?yàn)镹F和鐵路的并聯(lián)連接的，在進(jìn)行常規(guī)操作的軌道有一部分負(fù)載電流被分流到NF，從而減少了流向大地的電流，有效避免了通信干擾，大幅度降低了鋼軌電位以及再循環(huán)供給線(xiàn)的阻抗。此外，絕緣子一旦發(fā)生閃路情況，NF線(xiàn)可以立即回歸短路電流，也就是所謂的保護(hù)線(xiàn)的特性。直接供電方式如圖2-1所示：圖2-1直接供電方式（2）BT供電方式牽引網(wǎng)絡(luò)中的吸入變壓器-返回線(xiàn)路裝置的供電模式被應(yīng)用在BT供電模式中。BT全稱(chēng)BoosterTransformer。吸氣變壓器的比例為1：1，并且在接觸網(wǎng)中有一個(gè)串聯(lián)的初級(jí)繞組。次級(jí)繞組在返回線(xiàn)路中串聯(lián)連接（特別是牽引電流回流到牽引變電所）。BT供電方式如圖2-2所示：圖2-2BT供電方式示意圖（3）CC供電方式CC供電方式，CoaxialCable是它的全稱(chēng)。它被定義為沿電氣化鐵路安裝的同軸電源線(xiàn)。所述電纜的內(nèi)導(dǎo)體和接觸的懸架被連接到彼此，并且在正供給線(xiàn)上，與外導(dǎo)體，和軌道相連接，作為一個(gè)非正向的回應(yīng)線(xiàn)[5]。每間隔一段距離通常會(huì)設(shè)置成一個(gè)供電分區(qū)。該供電方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，所以通常在距離長(zhǎng)，面積大的隧道中使用廣泛。缺點(diǎn)是電纜造價(jià)昂貴，所以，投入比較大。（4）各種供電方式首先，供電系統(tǒng)的快速、電流的大容量、質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)高速電力牽引的硬性要求。其次，減少電分相和電分段的數(shù)量也是一個(gè)重要的發(fā)展目標(biāo)。BT供電方式在防干擾性能方面雖然有著優(yōu)越的表現(xiàn)，但其在供電時(shí)也存在著很大的隱患和弊端。比如在接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)中串入吸流變壓器的時(shí)候，會(huì)伴隨出現(xiàn)火花間隙，從而將供電臂的接觸導(dǎo)線(xiàn)截?cái)喑珊芏喽?，威脅高速列車(chē)的運(yùn)行安全、降低高速列車(chē)的運(yùn)行速度。并且，大阻抗的牽引網(wǎng)，小間距的變電所，數(shù)量眾多的電分相也不適合高速電力牽引。直接供電方式雖然也存在牽引網(wǎng)阻抗大、變電所間距小、電分相數(shù)量多的問(wèn)題，但直接供電方式牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一些對(duì)于電磁干擾要求不高的地區(qū)可以采用這種方式[6]。2.2AT供電方式AT供電方式是指Auto-Transformer，即自耦變壓器供電方式。它是一個(gè)連接到基本網(wǎng)絡(luò)，軌道和正饋線(xiàn)的電力變壓器。該供電方法包括接觸網(wǎng)絡(luò)，軌道，正饋線(xiàn)和自耦變壓器，并且在正饋線(xiàn)和接觸網(wǎng)絡(luò)之間的10至15km的距離內(nèi)集成到自耦變壓器中。為了減少通信線(xiàn)路中存在的電磁干擾，可以使導(dǎo)軌與中心沖頭相連接，另一方面使正饋線(xiàn)和接觸懸架豎立在接觸網(wǎng)柱的場(chǎng)側(cè)。55kVAT電源模式首次應(yīng)用于20世紀(jì)70年代的日本新干線(xiàn)。55KVAT供電模式如圖2-3所示：圖2-355KVAT供電模式在AT供電方法的實(shí)際生活應(yīng)用之中，經(jīng)常增加接地保護(hù)線(xiàn)PW（保護(hù)線(xiàn)）。在自耦變壓器中，保護(hù)線(xiàn)連接到接觸懸掛金屬支撐件或雙絕緣體的中心部分并連接到軌道，并且自動(dòng)阻擋部分連接到軌道電路上的信號(hào)扼流線(xiàn)圈的中間。保護(hù)線(xiàn)的電位通常低于500V，并且牽引電流通常不流動(dòng)。當(dāng)絕緣體閃爍時(shí)，電流會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，使得保護(hù)線(xiàn)充當(dāng)回路，并且電流也不會(huì)經(jīng)過(guò)沒(méi)有信號(hào)的軌道電路，極大保障了信號(hào)電路實(shí)際操作的可靠性。除此之外，懸掛在接觸網(wǎng)支柱頂部的保護(hù)線(xiàn)，發(fā)揮的作用相當(dāng)于一條架空地線(xiàn)，屏蔽功能的增設(shè)不僅減少了對(duì)架空的通信線(xiàn)路的干擾，并且還具有防雷線(xiàn)的作用。采納出電氣接地，在軌道對(duì)地漏電阻和機(jī)車(chē)獲取較大電流量的情況下，為了減小軌與軌之間的電位，還可以在AT的中間增加水平連接線(xiàn)CPW（ConnectorofProtectiveWire）部分，并連接Rails和保護(hù)線(xiàn)。在AT供電方式與變電站之間有著大間距。一方面，這可以減少電相分離的數(shù)目、降低牽引網(wǎng)絡(luò)的阻抗、避免牽引網(wǎng)絡(luò)的電壓損失。另一方面，還提高了電源的品質(zhì)，確保處于高速運(yùn)行下的列車(chē)各方面的功能都能得到安全保障。針對(duì)每一種不同要求的電氣化鐵路系統(tǒng)，都有著與之高度匹配的電力系統(tǒng)的電源選擇，這樣高度的選擇彈性，極大地減少了人為干擾，降低了工程造價(jià)。除此之外，AT供電在通信線(xiàn)路上的影響較小，這種程度相當(dāng)于AT模式對(duì)到BT供電模式的作用。因此，AT電源模式是相較于高速電氣化鐵路牽引供電的最棒的選擇。2.3AT供電方式特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)（1）牽引供電具有供電容量大、供電距離長(zhǎng)、兼容功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，在保留原有電力機(jī)車(chē)的前提下，加大了供電電壓，從而不僅使得輸送功率得到了提高，還使得供電距離得到了延長(zhǎng)。此外，AT是在牽引網(wǎng)內(nèi)，從而降低了牽引網(wǎng)的阻抗，并且是有利于減少壓力損失和能量損失有益平行。該電源具有的直接供電方式的170％至200％的電源的距離，并且特別適用于高速和重載用途[8]。（2）降低了電分相以及電分段的數(shù)量。AT供電模式下的供電距離比較長(zhǎng)，使得對(duì)電分相和電分段的數(shù)量要求大大降低，更加有利于機(jī)車(chē)速度的提升。（3）有效的降低了對(duì)于通信的感應(yīng)影響。假設(shè)機(jī)車(chē)電流是I，則AT原邊的電流為I/2,即牽引變壓器次邊為機(jī)車(chē)電流的二分之一。在純粹理想條件下，流過(guò)T和AF的電流大小相等且方向相反，可有效地保護(hù)通信線(xiàn)路以免造成的影響。與BT的方法相比，在相同的機(jī)車(chē)電流情況下，變電站和AT最接近機(jī)車(chē)之間的電流，在接觸網(wǎng)和正饋線(xiàn)電流的情況下是機(jī)車(chē)電流的二分之一。與通信線(xiàn)路上的干擾將大大減少。此外，機(jī)車(chē)當(dāng)前的兩個(gè)的AT之間的區(qū)段內(nèi)，機(jī)車(chē)電流總是從兩側(cè)的左，右接觸網(wǎng)在相反的方向供給，消除彼此的通信線(xiàn)路的干擾，并使得保護(hù)效果更好[10]。（4）設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)三方面的過(guò)程沒(méi)有得到簡(jiǎn)化。理論上，AT供電回路中的電流分布非常復(fù)雜，所以給實(shí)際操作也帶來(lái)了難度。當(dāng)電力機(jī)車(chē)?yán)L制在任何AT部分的電流時(shí)候，除了兩個(gè)相鄰的自耦變壓器的電源電流，對(duì)電源臂其它自耦變壓器也提供到機(jī)車(chē)局部電流。機(jī)車(chē)電流由通過(guò)在電源臂和所述線(xiàn)圈和軌道對(duì)地鏈電路所有自耦變壓器的正供給線(xiàn)形成的盤(pán)繞電路的裝置返回到變電站。這樣的電流分布計(jì)算是困難的，并且通常由計(jì)算機(jī)計(jì)算。復(fù)雜的供電方式結(jié)構(gòu)加劇了分析計(jì)算的難度，也加大了前期設(shè)計(jì)、中期施工和后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本。而與此同時(shí)，有關(guān)部門(mén)也在出臺(tái)更為嚴(yán)格的工作標(biāo)準(zhǔn)，為運(yùn)行效果提出了更高要求。相對(duì)于的電源模式的選擇應(yīng)通過(guò)比較技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，例如鐵路，電力系統(tǒng)，以及用于內(nèi)部和外部的鐵路通信線(xiàn)路的通信要求來(lái)確定。在正常情況下，應(yīng)采用直接供電。在繁忙的中繼線(xiàn)，重載區(qū)段部分或其中該鐵路用電力系統(tǒng)的電力供給不足的部分，自耦變壓器供電模式可以被采用，并且相同的電氣化鐵路的不同部分可以采用根據(jù)不同的電源模式具體條件來(lái)做出更加合適的選擇。2.4牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算2.4.1牽引網(wǎng)的阻抗AT自耦變壓器的供電方式的牽引網(wǎng)的阻抗，這并不是一個(gè)相當(dāng)均勻分布的參數(shù)，的電壓，以懸鏈線(xiàn)的整體的計(jì)算包括AT網(wǎng)絡(luò)阻抗的兩個(gè)部分：長(zhǎng)電路的阻抗和所述段中的列車(chē)的阻抗，也就是所謂的單元阻抗和的線(xiàn)性部分，當(dāng)列車(chē)在AT段的中間時(shí)，發(fā)生的牽引網(wǎng)絡(luò)阻抗的中間。上升量的一部分之中擁有各種類(lèi)型的具有不同結(jié)構(gòu)的牽引網(wǎng)，它的阻抗值將隨之改變。關(guān)于牽引網(wǎng)的電阻，以下著重討論了接觸網(wǎng)、鋼軌以及大地的電阻。（1）有色金屬的電阻非鐵金屬線(xiàn)的單位長(zhǎng)度的直流電阻，可以計(jì)算如公式3-1所示：(2-1)式中，P導(dǎo)線(xiàn)的電阻率，；S導(dǎo)線(xiàn)載流部分的標(biāo)稱(chēng)載面積，mm2。在一個(gè)單一的工頻交流電源系統(tǒng)，牽引網(wǎng)絡(luò)是工頻交流電流，交流電阻比直流電阻稍大，就是由于趨膚效應(yīng)。因此，使用公式時(shí)，在代替金屬絲材料的標(biāo)準(zhǔn)電阻之中，使用了略有增加計(jì)算值[9]。（2）鐵磁材料的電阻既有鋼絞線(xiàn)也有導(dǎo)軌鐵磁材料。當(dāng)鐵磁材料的導(dǎo)體中流過(guò)是的交流電流時(shí)，除了集膚效應(yīng)，仍然有一個(gè)滯后損耗，這也增加了導(dǎo)體的電阻。然而，由于鐵磁材料的磁導(dǎo)率和有它相關(guān)的流過(guò)它的電流的幅度有聯(lián)系，它是復(fù)雜的不容易精確地確定其電阻。因此，在工程計(jì)算，電阻值也直接從相關(guān)的手冊(cè)中找到。（3）大地的電阻在我國(guó)的牽引供電系統(tǒng)是單相的供電，導(dǎo)電回路通過(guò)導(dǎo)軌和地線(xiàn)流回牽引變電所。然而，在地球上的當(dāng)前分布是復(fù)雜的。土壤的電阻率，當(dāng)前頻率和其他因素都與它有關(guān)。其阻抗很難準(zhǔn)確計(jì)算。多年來(lái)，許多人在理論分析和實(shí)驗(yàn)確定方面做了大量工作。實(shí)踐證明，采用Carlsson公式可以很容易地解決地球的阻抗問(wèn)題，滿(mǎn)足精度要求。對(duì)于單導(dǎo)線(xiàn)以地作為回路的交流通路，可以用一個(gè)虛構(gòu)的“導(dǎo)線(xiàn)—地”回路來(lái)代替，所謂“導(dǎo)線(xiàn)—地”回路是指理想化的簡(jiǎn)單情形，導(dǎo)線(xiàn)1距地面高度H，導(dǎo)線(xiàn)平直，長(zhǎng)度無(wú)線(xiàn)；大地地面平坦，且尺寸無(wú)限，其大地電導(dǎo)率分布均勻。此時(shí)電流從一端流入導(dǎo)線(xiàn)，沿著導(dǎo)線(xiàn)另一端由大地流回，導(dǎo)線(xiàn)與位于地下的虛構(gòu)導(dǎo)線(xiàn)的軸線(xiàn)間的距離。“導(dǎo)線(xiàn)—地”回路的等效深度，它的值與地電導(dǎo)率和電流的頻率因素有關(guān)。根據(jù)卡爾松的推導(dǎo)，可以用公式3-2來(lái)計(jì)算：（2-2）其中?電流的頻率，Hz；б大地的電導(dǎo)率，。在交流電氣化區(qū)段中，牽引網(wǎng)單位阻抗的實(shí)用計(jì)算方法，是把牽引網(wǎng)看成由幾個(gè)“接觸導(dǎo)線(xiàn)—地”回路和“鋼軌—地”回路所構(gòu)成的電路，然后計(jì)算牽引網(wǎng)的阻抗。實(shí)際情況是牽引電流通過(guò)饋線(xiàn)和牽引變電所的接觸網(wǎng)絡(luò)饋送到電力機(jī)車(chē)，然后電流沿著軌道，地線(xiàn)（和返回線(xiàn)路）流回牽引變電所，從而形成兩個(gè)回路，即"接觸導(dǎo)線(xiàn)—鋼軌回路"和"接觸導(dǎo)線(xiàn)—地"電路并聯(lián)連接。但是，在現(xiàn)實(shí)生活中，上述兩個(gè)循環(huán)的等價(jià)物相當(dāng)于"接觸導(dǎo)線(xiàn)—地"循環(huán)和"鋼軌—地"循環(huán)[10]。2.4.2單線(xiàn)區(qū)段牽引網(wǎng)阻抗在單線(xiàn)電氣化區(qū)段，接觸網(wǎng)的懸掛主要有簡(jiǎn)單懸掛、鏈形懸掛、有加強(qiáng)線(xiàn)的單鏈形懸掛。雖然形式不同，但是分析和計(jì)算時(shí)都可以將之歸結(jié)為“接觸導(dǎo)線(xiàn)—地”環(huán)路和“鋼軌—地”環(huán)路模型，并計(jì)算其自阻抗和互阻抗。1.簡(jiǎn)單懸掛牽引網(wǎng)阻抗單線(xiàn)牽引網(wǎng)采用的簡(jiǎn)單懸掛。接觸網(wǎng)只有一條接觸導(dǎo)線(xiàn)，它同大地構(gòu)成一條“接觸導(dǎo)線(xiàn)—地”回路，鋼軌有兩條，構(gòu)成兩條“鋼軌—地”回路，因此，計(jì)算時(shí)，首先要求得“接觸導(dǎo)線(xiàn)—地”回路的自阻抗，然后把兩條“鋼軌—地”回路歸算成一條等值“鋼軌—地”回路，并求得其自阻抗，最后再求得“接觸導(dǎo)線(xiàn)—地”回路和等值“鋼軌—地”回路的互阻抗。圖2-4簡(jiǎn)單懸掛示意2.鏈形懸掛牽引網(wǎng)阻抗單線(xiàn)牽引網(wǎng)采用的單鏈形懸掛，其結(jié)構(gòu)包含接觸線(xiàn)、承力索。比簡(jiǎn)單懸掛多了一條承力索。因此“接觸網(wǎng)—地”回路由“接觸導(dǎo)線(xiàn)—地”回路和“承力索—地”回路并聯(lián)而成。首先要求得“接觸網(wǎng)—地”回路的自阻抗和等值“鋼軌—地回路”的自阻抗，然后求得它們的互阻抗，最后再求單位阻抗。3.有加強(qiáng)線(xiàn)的單鏈形懸掛牽引網(wǎng)阻抗單線(xiàn)牽引網(wǎng)使用帶有加強(qiáng)線(xiàn)的單鏈懸掛圖，加強(qiáng)線(xiàn)安裝在軸承電纜位置。加固線(xiàn)和地線(xiàn)形成"加強(qiáng)線(xiàn)—地"電路。因此，“接觸網(wǎng)—地”回路由“接觸導(dǎo)線(xiàn)—地”回路、“承力索—地”回路和“加強(qiáng)線(xiàn)—地”回路并聯(lián)而成，需要將它們歸算為“接觸網(wǎng)—地”回路，求得“接觸網(wǎng)—地”回路的自阻抗和等值“鋼軌—地”回路的自阻抗，然后求得它們的互阻抗，最后再求單位阻抗。（1）“接觸網(wǎng)—地”回路的自阻抗“接觸導(dǎo)線(xiàn)—地”環(huán)路、“承力索—地”環(huán)路與“加強(qiáng)線(xiàn)—地”環(huán)路各自具有不相同自阻抗，并且三個(gè)環(huán)路具有互阻抗?！凹訌?qiáng)線(xiàn)—地”回路的自阻抗如公式3-3所示：（2-3）式中，加強(qiáng)的有效電阻，Ω/km；加強(qiáng)線(xiàn)的等效半徑，mm。（2）獲得“接觸導(dǎo)線(xiàn)—地”環(huán)路和“承力索—地”環(huán)路的自阻抗公式。（3）接觸網(wǎng)的三個(gè)“導(dǎo)師—地”回路的互阻抗如3-4所示：（2-4）其中djeq為接觸網(wǎng)三條導(dǎo)線(xiàn)間的幾何平均距離，即公式3-5：（2-5）式中，djq接觸線(xiàn)與加強(qiáng)線(xiàn)的中心距離；djc接觸線(xiàn)與承力索的中心距離；dcq承力索與加強(qiáng)線(xiàn)的中心距離。第3章AT供電牽引變壓器接線(xiàn)方式研究3.1單相接線(xiàn)牽引變壓器3.1.1單相接線(xiàn)牽引變壓器的原理單相接線(xiàn)的牽引變壓器的原始的一邊只能允許介入到三項(xiàng)電力系統(tǒng)的兩相，接下來(lái)，第一級(jí)的一側(cè)的一端連接到牽引側(cè)的一側(cè)。另一側(cè)連接到導(dǎo)軌和接地網(wǎng)。牽引變電所的兩個(gè)電源臂由相同的相，供電，牽引負(fù)載是相對(duì)于電力系統(tǒng)的純單向負(fù)載。它的工作方式與典型的單相電力變壓器相同。然而，在普通單相電力變壓器的初級(jí)側(cè)的兩端，一端連接到高壓。另一端接地或連接到中性點(diǎn)，因此只需要分級(jí)絕緣。高壓連接到單相牽引變壓器的高壓繞組。因此它在兩端具有相同的絕緣要求。使用了全絕緣的結(jié)構(gòu)。所謂牽引的變壓器容量的利用率和不對(duì)稱(chēng)系數(shù)是牽引變壓器的十分重要的指標(biāo)。牽引變壓器的最大輸出容量和它的額定容量的比值是牽引變壓器的容量利用率。單相的變壓器可以向負(fù)荷提供最大為的電流，那么它的輸出容量和額定容量相等。所以單相接線(xiàn)牽引變壓器的利用效率可以達(dá)到100％。3.1.2單相接線(xiàn)的供電方式在單相牽引變電所中，兩個(gè)變壓器并聯(lián)連接，相同的兩相通過(guò)兩個(gè)變壓器的高壓繞組連接。牽引側(cè)的母線(xiàn)通過(guò)低壓繞組的一端連接。上行鏈路和下行鏈路聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)是連接的。因此，直接連接在牽引變電所中的兩個(gè)電源臂同相，由絕緣體隔開(kāi)。這不僅提高了電源的靈活性，還降低了故障期間的斷電程度。另一邊的連接鋼軌與接地網(wǎng)被低壓繞組連接。單相接線(xiàn)變壓器原理如圖3-1所示：圖3-1單相接線(xiàn)變壓器原理圖在AT電源模式，則使用二次繞組的單相牽引變壓器的中心抽頭。變壓器的初級(jí)側(cè)連接到電力系統(tǒng)的兩個(gè)階段。兩套55KV牽引母線(xiàn)分別連接到次級(jí)側(cè)。牽引總線(xiàn)由饋線(xiàn)到電源臂供電。次級(jí)側(cè)的繞組的中心抽頭連接到使用N母線(xiàn)軌道。并配有放接地。所以可以洗節(jié)省變電所中的AT，而且能增大供電利用率。3.1.3單相接線(xiàn)牽引變壓器不對(duì)稱(chēng)度計(jì)算三相電流很容易被分解為正序分量、負(fù)序分量、零序分量。則如公式3-1所示：：（3-1）對(duì)于單相負(fù)荷來(lái)說(shuō),則如公式3-2所示：（3-2）對(duì)于不對(duì)稱(chēng)度單相負(fù)荷造成的使用電流的不對(duì)稱(chēng)度來(lái)顯示。如果牽引變壓器的初級(jí)側(cè)是三相對(duì)稱(chēng)。兩個(gè)供電臂的次級(jí)側(cè)的電源因素相同，則公式3-3為：（3-3）則單相接線(xiàn)變壓器的電流不對(duì)稱(chēng)度為公式3-3：（3-3）可以看出的是，單相接線(xiàn)變壓器的單相負(fù)載是在引起電力系統(tǒng)正和反向電流相等。電流的部隊(duì)稱(chēng)度是百分之一百。3.2Vv接線(xiàn)牽引變壓器3.2.1單相Vv接線(xiàn)牽引變壓器原理兩個(gè)單相變壓器的高電壓側(cè)連接分別使用不同相的電源。連接相A和相C，并將另一端連接到另一階段。連接C相。如此變壓器的高壓一側(cè)如同一個(gè)V字。兩個(gè)變壓器的低電壓側(cè)連接到相應(yīng)的各自對(duì)應(yīng)的電源臂，并且在連接到所述導(dǎo)軌的返回的返回線(xiàn)上，在此刻，低壓側(cè)也像一個(gè)V形。因此這種接線(xiàn)變壓器被叫做單相Vv接線(xiàn)變壓器。單相Vv接線(xiàn)變壓器如圖3-2所示：3-2單相Vv接線(xiàn)變壓器3.2.2單相Vv接線(xiàn)的供電方式單相VX布線(xiàn)被應(yīng)用于在AT牽引模式電源供電方式之中。有兩個(gè)單相變壓器具有二次側(cè)中點(diǎn)抽頭的，在單相VX布線(xiàn)變電站中分布。變壓器的初級(jí)側(cè)，端線(xiàn)分別連接到三相電力系統(tǒng)的三個(gè)相之中，和兩組55千伏牽引母線(xiàn)分別由次級(jí)側(cè)的，端線(xiàn)路連接，然后連接各自的饋電線(xiàn)供給臂通過(guò)再循環(huán)反應(yīng)線(xiàn)。兩個(gè)變壓器的次級(jí)側(cè)中點(diǎn)抽頭是經(jīng)由母線(xiàn)和軌道連接的，并經(jīng)放電器接地。單相VX接線(xiàn)供電如圖3-3所示：圖3-3單相VX接線(xiàn)供電3.2.3單相Vv牽引變壓器的不對(duì)稱(chēng)計(jì)算變壓器一、二次電流關(guān)系為公式3-5所示： （3-5）將、、代入上式，求得下式3-6：（3-6）電流不對(duì)稱(chēng)度為式3-7：（3-7）令n=Iβ/Iα,代入3-7式得出式3-8：（3-8）3.2.4單相Vv接線(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)變電所從兩相取電是單相Vv接線(xiàn)的作用，不對(duì)稱(chēng)程度由此明顯下降。但是為了達(dá)到三相對(duì)稱(chēng)的目的，變電所相互之間仍然需要采用換相連接。單相Vv接線(xiàn)變壓器能夠根據(jù)兩個(gè)供電臂的負(fù)荷輕重，分別選擇所述兩個(gè)單相變壓器的容量。產(chǎn)能利用率可達(dá)到100％。由于在變電站中的單相VV布線(xiàn)的布線(xiàn)模式中，設(shè)備是不麻煩的，簡(jiǎn)單，且輸入是小的[3]。然而，正常工作時(shí)，兩個(gè)單相變壓器需要被放入其中，當(dāng)使用固定設(shè)備的時(shí)候，仍然需要設(shè)置兩個(gè)附加的變壓器進(jìn)行備份，這就需要大量的空間。3.3斯科特接線(xiàn)牽引壓器一般來(lái)說(shuō)，電氣化鐵路牽引負(fù)荷在實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行后，是不會(huì)產(chǎn)生零序分量的。但是，由于它具有單相供電的特點(diǎn)，所以在牽引供電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)序分量。與此同時(shí)，鐵路牽引負(fù)荷雖然處于平衡的狀態(tài)，但總體看上去并不對(duì)稱(chēng)。在具體操作中，如果不能合理地消除電力系統(tǒng)中的這些不對(duì)稱(chēng)性，不但變壓器會(huì)受到影響，電動(dòng)機(jī)乃至整流設(shè)備也將在工作中出現(xiàn)極大的誤差。此外，改變牽引變電所換接順序，制造特殊的三相-兩相平衡變壓器也不失為行之有效的方法。而相對(duì)于三相的系統(tǒng)，如果三相電氣相量的大小是相等的，相位差互相差120°，那么這就是對(duì)稱(chēng)的三相系統(tǒng)。相對(duì)于兩相的系統(tǒng)，假設(shè)兩相電氣相量的大小是一樣的，彼此的相位差互相差90°，那么這個(gè)系統(tǒng)是對(duì)稱(chēng)的兩相體系。假設(shè)設(shè)計(jì)制造這種變壓器，它的原邊是對(duì)稱(chēng)的原邊，同樣，副邊也是對(duì)稱(chēng)的兩相的系統(tǒng)。如此，這整個(gè)系統(tǒng)就是對(duì)稱(chēng)的系統(tǒng)。根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)制造了斯科特變壓器。3.3.1斯科特接線(xiàn)變壓器原理斯科特變壓器，能夠當(dāng)做兩個(gè)單相變壓器按照一定接線(xiàn)方式連接而成。一臺(tái)單相變壓器的原邊繞組兩端引出，分別接到三相電力系統(tǒng)的兩相，被稱(chēng)作M座的變壓器，其繞組一次側(cè)繞組匝數(shù)是，二次側(cè)繞組的匝數(shù)是。第二臺(tái)單相變壓器是T座變壓器，它的一次側(cè)繞組由一端引出，接到三相電力系統(tǒng)的一相，而另外一邊連接M座的變壓器一次側(cè)繞組的中點(diǎn)O。它的一次側(cè)繞組匝數(shù)是，它的二次側(cè)繞組和M座變壓器的二次側(cè)繞組匝數(shù)是。這種接線(xiàn)型式把相位互差120°的三相對(duì)稱(chēng)電壓變換成輸出兩個(gè)數(shù)值相等的而且相位差是90°的兩相對(duì)稱(chēng)電壓和，分別向變電所的左右兩個(gè)臂供電，當(dāng)它的兩臂負(fù)荷電流相等時(shí)，原邊三相電流相等。在實(shí)際生活中，通常把兩臺(tái)單相變壓器繞組裝配在一個(gè)鐵芯上，而且安裝在一個(gè)油箱內(nèi)[10]。與其它接線(xiàn)形式變壓器一樣，每個(gè)變壓所都設(shè)有運(yùn)行變壓器和備用變壓器。為了用于適配到AT模式電源供電為目的，變電站的輸出電壓為55KV，兩個(gè)自耦變壓器的兩個(gè)端點(diǎn)分別連接到兩個(gè)輸出電壓，以及接地的中間抽頭連接到所述導(dǎo)軌可以獲得2×27.5千伏的電壓，并且在接觸網(wǎng)和正饋線(xiàn)上建立連接。3.3.2斯科特變壓器的電壓電流關(guān)系①電壓關(guān)系如果電力系統(tǒng)三相電壓對(duì)稱(chēng)，意味著線(xiàn)電壓、、大小是一樣的，相位差互相之間是120°，即是等邊三角形。的BC邊是電壓，同樣是M座變壓器的一次側(cè)繞組電壓，則。其高AO是T座變壓器一次側(cè)繞組電壓，則,其數(shù)值是線(xiàn)電壓的的倍，則。則，兩變壓器原邊電壓相互垂直，而且超前90°。M座變壓器的變比,T座變壓器的變比為式3-11：,，（3-9）因此，，所以二次側(cè)電壓超前90°而且二者大小相等。斯科特變壓器電壓關(guān)系如圖4-5所示：圖3-4斯科特變壓器電壓關(guān)系②電流關(guān)系由上述可得，，其兩臂功率因數(shù)相等時(shí)，那么兩臂電流為。假設(shè)以，，當(dāng)兩個(gè)負(fù)荷臂電流相等的時(shí)候，則。根據(jù)KCL電流方恒和變壓器的磁勢(shì)平衡原理，可以得出下面的公式4-12：（3-10）根據(jù)上式，能夠得到原邊三相電流，即式4-13：（3-11）當(dāng)負(fù)載電流大小相等的時(shí)候，初級(jí)側(cè)三相電流不僅是數(shù)值相，且相序相差120°。圖3-5斯科特變壓器電流關(guān)系與供電接線(xiàn)第4章繼電器保護(hù)配置與整定4.1繼電保護(hù)概述能夠反映故障或在電力系統(tǒng)中的電組件的非正常操作時(shí)，并且在斷路器跳閘時(shí)進(jìn)行工作，或者發(fā)出信號(hào)的裝置被稱(chēng)為中繼保護(hù)裝置[10]。繼電保護(hù)裝置的作用是故障時(shí)跳閘，且非正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào)，其內(nèi)容如下：①能夠保護(hù)電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全在故障時(shí)，當(dāng)被保護(hù)的電力系統(tǒng)原件發(fā)生故障的時(shí)候，能夠由這個(gè)原件的繼電保護(hù)裝置快速且正確的為脫離故障原件最近的斷路器發(fā)出跳閘的命令，所以故障原件能夠基石從電力系統(tǒng)之中斷開(kāi)，用最大的限度降低對(duì)電力系統(tǒng)原件本身的破壞，減少了對(duì)電力系統(tǒng)安全供電的作用。②能夠反映電氣設(shè)備非正常工作時(shí)的狀態(tài),此外，也可以根據(jù)異常操作的狀態(tài)和在其中設(shè)備被操作和維護(hù)的情況的信號(hào)。允許反映的異常運(yùn)行狀況繼電保護(hù)裝置進(jìn)行一定的延時(shí)動(dòng)作。可靠性、選擇性、快速性和靈敏性是繼電保護(hù)裝置的必須滿(mǎn)足的基本要求，如此4項(xiàng)是繼電保護(hù)的“四性”。4.1.1可靠性任何電氣設(shè)備都是不得擅自在沒(méi)有繼電保護(hù)狀態(tài)下運(yùn)行的，對(duì)于繼電保護(hù)裝置性能而言，最根本的要求是可靠性?？煽啃?，即在此保護(hù)裝置規(guī)定的保護(hù)范圍之內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作卻發(fā)生故障的時(shí)候，它不能拒絕動(dòng)作。然而，在任何其他的保護(hù)裝置不應(yīng)該動(dòng)作的情況下，則不該錯(cuò)誤動(dòng)作。簡(jiǎn)而言之，該動(dòng)作就動(dòng)作，不該動(dòng)作就不動(dòng)作。4.1.2選擇性繼電保護(hù)的選擇性要求在故障時(shí)停電的范圍應(yīng)該是最小的，一般情況下，相應(yīng)的斷路器應(yīng)通過(guò)最靠近故障點(diǎn)的保護(hù)裝置被切斷，從而使停電范圍減小盡可能。為了確保系統(tǒng)上的無(wú)故障的那一部分仍然能夠安全的運(yùn)行，在故障設(shè)備或者線(xiàn)路本身的保護(hù)裝置、斷路器拒絕動(dòng)作的時(shí)候，才能被許可由臨近的設(shè)備保護(hù)。線(xiàn)路保護(hù)裝置或者斷路器失靈保護(hù)裝置來(lái)切除故障。4.1.3快速性快速性要求能夠快速消除故障，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低故障設(shè)備與線(xiàn)路的損壞程度，降低故障的涉及范圍，為了增加自動(dòng)重合閘、備用設(shè)備的自動(dòng)投入的效果。4.1.4靈敏性對(duì)于保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或者不正常運(yùn)行狀態(tài)的反映能力是靈敏性的含義，對(duì)于保護(hù)裝置而言擁有一定的靈敏系數(shù)是必要的。它需要按照最不利保護(hù)的動(dòng)作運(yùn)行條件來(lái)校驗(yàn)[10]。4.2牽引主變保護(hù)及其整定在牽引變電所之中有一個(gè)重要的設(shè)備是牽引主變壓器，無(wú)論牽引主變壓器安全與否起著保證牽引供電系統(tǒng)的安全性和可靠性運(yùn)行的重要作用。所以，有必要根據(jù)變壓器的容量和重要性能良好，運(yùn)行可靠，來(lái)安裝保護(hù)裝置。油箱的內(nèi)部和外部故障是變壓器故障兩種表現(xiàn)形式。內(nèi)部故障是匝之間的繞組，短路的相-相短路，和所述鐵芯的燃燒破損。外部故障的絕緣套管和引出的線(xiàn)上的相間故障。此外，該變壓器還可能泄漏油，以使油面高度下降，因?yàn)檫^(guò)電流引起的外部短路或長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷使變壓器繞組過(guò)熱，繞組絕緣加速老化，從而導(dǎo)致內(nèi)部故障和縮短使用壽命由此造成的非正常工作。4.2.1差動(dòng)速斷電流保護(hù)此保護(hù)依據(jù)公式5-1：(5-1)在上式之中，為差動(dòng)電流，指差動(dòng)速斷電流保護(hù)的整定值。因?yàn)楫?dāng)差動(dòng)電流大于最大可能激磁涌流時(shí)，立刻出現(xiàn)出口跳閘的情況。然而變壓器空載合閘的時(shí)候，激磁涌流最大能夠達(dá)到變壓器的額定電流的20倍。即一定要躲過(guò)變壓器的最大的不平衡的電流和變壓器的合閘激磁涌流。如此，差動(dòng)速斷電流保護(hù)的整定公式為式5-2：（5-2）在上式之中，k值一般取7~20。4.2.2反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)是為了防止?fàn)恳儔浩鞯倪^(guò)負(fù)荷運(yùn)行。一般情況下由反時(shí)限、非常反時(shí)限、極度反時(shí)限3種特性。一般反時(shí)限的特性表現(xiàn)為式5-3：（5-3）在式5-3中，I代表測(cè)量電流值，代表啟動(dòng)的電流整定值，代表了時(shí)間常數(shù)的整定值。非常反時(shí)限特性表現(xiàn)為式5-4：（5-4）極度反時(shí)限特性表現(xiàn)為式5-5：（5-5）4.2.3非電量保護(hù)因?yàn)榉请娏勘Ｗo(hù)反映是變壓器內(nèi)部的故障造成的，它的各種形式的保護(hù)整定值會(huì)隨著變壓器材料、容量等參數(shù)的改變而變化。在實(shí)際生活之中，生產(chǎn)商會(huì)依據(jù)各種不一樣的變壓器的實(shí)際制作狀況，給出一個(gè)較準(zhǔn)確的參考整定值。4.3饋線(xiàn)保護(hù)及其整定常用的牽引饋線(xiàn)保護(hù)由主保護(hù)和后備保護(hù)兩種。在主保護(hù)之中，距離保護(hù)是反映被保護(hù)線(xiàn)路始端電壓與測(cè)量阻抗的一種保護(hù)。當(dāng)測(cè)量阻抗小于預(yù)先設(shè)定的整定阻抗時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。因?yàn)樗欠从匙杩箙?shù)工作的，所以稱(chēng)之為阻抗保護(hù)。而在常規(guī)的AT牽引供電系統(tǒng)之中，阻抗保護(hù)設(shè)置的原理分為兩部分：阻抗保