第8章 帶回流線的直接供電方式和自耦變壓器供電方式《交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)》

《交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)》?精品課件合集第八章帶回流線的直接供電方式和自耦變壓器供電方式

帶回流線的直接供電方式01

自耦變壓器供電方式02目錄頁01帶回流線的直接供電方式在第一章第三節(jié)已經(jīng)述及，直接供電方式的特點是：供電回路的構(gòu)成最簡單,工程投資、運營成本和維修工作量都少；但對鄰近受影響設(shè)施的干擾影響較大，鋼軌電位比其他供電方式要高。為了保留直接供電方式的優(yōu)點，克服其不足，在其結(jié)構(gòu)上增設(shè)與軌道并聯(lián)的架空回流線，

就成為帶回流線（Negative

feeder）的直接供電（Direct

feed）方式，簡稱

DN供電方式，如

圖

8.1

所示。它與直接供電方式相比，有以下改善：

圖

8.1帶回流線的直接供電方式示意圖①

原來流經(jīng)軌道、大地的回流，一部分改由

架空回流線流回牽引變電所，其方向與接觸網(wǎng)中饋電電流方向相反，架空回流線與接觸網(wǎng)距離較近，因此，相當于對鄰近受影響設(shè)施增加了屏蔽效果。②

地中電流有所減少，減少

10%～20%。③

牽引網(wǎng)阻抗和軌道電位都有所降低。

作為簡單介紹，以單線區(qū)段帶回流線的直接供電方式為例，其牽引網(wǎng)阻抗可按以下方法近似計算。由于回流線與軌道并聯(lián)，故可以將它們看成一個“回流線＋軌道”等效導(dǎo)線。該等效導(dǎo)線的單位自

可按下式計算阻抗

式中，zN

為回流線的單位自阻抗；

zR

為等效軌道的單位自阻抗，按式（3.16）計算；

zNR

為回流線與等效軌道間單位互阻抗。

zN

按下式計算

式中，dTN

為接觸網(wǎng)等效導(dǎo)線與回流線間的幾何均距；dTR

為接觸網(wǎng)等效導(dǎo)線與等效軌道間的幾何均距。

zNR

按下式計算

式中，

dNR

為回流線與兩軌道間的幾何均距。

于是，帶回流線的直接供電方式的牽引網(wǎng)單位阻抗

z，可由下式求得

并且，在應(yīng)用式（8.3）計算裂相回流線與等效軌道間的單位互阻抗

zNR

，以及應(yīng)用式（8.4）TR計算接觸網(wǎng)與“裂相回流線＋軌道”等效導(dǎo)線間的單位互阻抗

z

/時，應(yīng)考慮回流線裂相情況的幾何均距，如圖

8.2

所示。

圖

8.2單設(shè)回流線裂相懸掛示意圖

裂相回流線與軌道間的幾何均距

dNR

，按下式計算接觸懸掛與“裂相回流線＋軌道”等效導(dǎo)線的幾何均距

dTN

，按下式計算帶回流線的直接供電方式牽引網(wǎng)單位阻抗求得后，其電壓損失和電能損失的計算方法，可參照直接供電方式牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失的計算方式酌情解決。架空回流線對受影響設(shè)施的防干擾效果用屏蔽系數(shù)λN

來衡量。

λN

的表達式為式中，

λR

為軌道的屏蔽系數(shù)；

λRN為架空回流線與軌道并聯(lián)后的綜合屏蔽系數(shù)，其值為

由上面式子可知，回流線對受影響設(shè)施的防干擾效果與下列因素有關(guān)：

①接觸網(wǎng)與“回流線＋軌道”等效導(dǎo)線間的互阻抗 越大，回流線屏蔽系數(shù)

λN

越小，則防護效果越好。由于接觸網(wǎng)與軌道間距離必須保持一定，所以要使 大，只有將回流線與接觸網(wǎng)的距離盡量縮小。如果在單線區(qū)段接觸網(wǎng)支柱外側(cè)架設(shè)一條回流線，它與接觸線間的距離為

3.4m，經(jīng)試驗表明，其屏蔽系數(shù)為0.6左右。若將上述距離由3.4m

減小為1m，經(jīng)計算表明，回流線屏蔽系數(shù)可減小到

0.5

以下。由于接觸網(wǎng)與“回流線＋軌道”等效導(dǎo)線之間的互阻抗增大，所以使牽引網(wǎng)阻抗得到減小。

②“回流線＋軌道”等效導(dǎo)線的自阻抗Z’R越小，則回流線屏蔽系數(shù)λN越小，防護效果越好。對于一定型號的鋼軌，其自阻抗

zR

基本為一常數(shù)。因此，要使

Z’R

小，只有減小回流線的自阻抗

zN

。工程設(shè)計中，應(yīng)選用導(dǎo)電性能好的良導(dǎo)體做回流線，其截面面積應(yīng)滿足防護要求。在某些區(qū)段，為了提高防護效果，回流線可采取“裂相”方式，即將一根回流線分成相隔一定距離的兩根導(dǎo)線，而總的截面面積仍保持基本不變。裂相的結(jié)果，增大了回流線的等效半徑，因而也就有效地降低了回流線的自阻抗。由于回流線自阻抗降低，所以也使得牽引網(wǎng)阻抗減小。若采用兩根

LJ-95

的鋁絞線相隔

1m做回流線，與采用一根LJ-185

的鋁絞線做回流線相比，牽引網(wǎng)阻抗大約可減小

20%。

③

回流線與軌道并聯(lián)點的間距大小對回流線的防護效果影響較小。試驗表明，若將回流線與軌道并聯(lián)點的間距由

3.3km

減小為

1.65km，其回流線屏蔽系數(shù)僅略有減小。工程設(shè)計中，回流線與軌道并聯(lián)點的間距可視具體情況確定。在有自動閉塞的電氣化區(qū)段，并聯(lián)點的間距應(yīng)以不影響軌道電路正常工作為原則。該間距一般可按

3～5

km設(shè)置。帶回流線的直接供電方式的工程應(yīng)用：以往的經(jīng)驗表明，對受影響設(shè)施防護的工程設(shè)計中，在一些電氣化區(qū)段，鄰近受影響設(shè)施雖受牽引網(wǎng)干擾影響，但并不嚴重，要求屏蔽系數(shù)不是很小，采用帶回流線的直接供電方式即可滿足防護要求。隨著通信技術(shù)現(xiàn)代化和通信線路電纜化，尤其是光纜通信線路的大量采用，其對外界電磁場的屏蔽要求也相應(yīng)降低。因此，帶回流線的直接供電方式作為一種既可以提高牽引網(wǎng)功能和性能，又能夠減小電磁干擾影響的供電方式，而且性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟有效，具有廣泛的應(yīng)用前景。02自耦變壓器供電方式自耦變壓器（Auto

Transformer）供電方式，簡稱

AT

供電方式。如前所述，AT

供電方式不但是電氣化鐵路減輕對鄰近受影響設(shè)施的電磁影響的有效措施之一，而且對牽引供電系統(tǒng)有較好的技術(shù)經(jīng)濟指標，已被許多發(fā)展電氣化鐵路的國家研究和采用。我國北京—秦皇島、

大同—秦皇島、鄭州—武昌、浩勒報吉—吉安等電氣化鐵路和高速鐵路，都是采用

AT供電方式。一、工作原理

1．原理電路如圖

8.3

所示，T

為接觸網(wǎng)；R

為軌道；F

為正饋線，沿供電臂接觸網(wǎng)架設(shè)。AT1，AT2

為自耦變壓器，變比為

2∶1，其一端與接觸網(wǎng)連接，另一端與正饋線連接，中點與軌道連接。接觸網(wǎng)與軌道之間的線圈匝數(shù)為

w2，正饋線與軌道之間的線圈匝數(shù)為w1，w1

＝

w2。線圈

W1

與

W2

串聯(lián)（即一次側(cè)）接入電源，電壓為

2U（即

2*27.5

kV）；線圈

W2（即二次側(cè)）接負載，

電壓為

U（即

27.5

kV）；線圈

W1

與線圈

W2

電壓相同。兩臺自耦變壓器之間的距離稱為自耦變壓器間隔（或稱自耦變壓器段），其長度用

D

表示，

一般為

10km

左右。實際的

AT

間隔按牽引供電的要求計算確定。

圖

8.3自耦變壓器供電方式原理電路圖2．電流分布與對受影響設(shè)施的防護原理圖

8.3

中，設(shè)自耦變壓器阻抗為零，牽引列車運行的電力機車位于

AT2

處，電力機車電流為

I

。由于自耦變壓器阻抗為零，則AT1

二次回路被

AT2

旁路，電流

I

流入

AT2

二次線圈

W2。

在

AT2

一次線圈

W1＋W2

中感應(yīng)出電流（1/2）I，該電流由牽引變電所沿接觸網(wǎng)流出，沿正饋線流回牽引變電所。軌道、大地中電流為零。由于接觸網(wǎng)和正饋線中的電流大小近似相等，方向相反，兩者之間的距離也相對很小，兩者的交變磁場基本上可相互平衡（抵消），所以顯著地減弱了接觸網(wǎng)和正饋線周圍空間的交變磁場，使牽引電流在鄰近的受影響設(shè)施中的電磁感應(yīng)影響大大地減小。

圖

8.3自耦變壓器供電方式原理電路圖3．“長回路”感應(yīng)影響實際上

AT

存在著很小的阻抗，因此，在全供電臂內(nèi)將有部分牽引電流流經(jīng)軌道、大地返回變電所。這是因為，像一般電路中一樣，牽引網(wǎng)電路中的電流是按與電路阻抗成反比分配的，

在全供電臂內(nèi)都有電流沿各支路，包括軌道、大地流行，并進入所有的

AT。所以

AT

供電方式的防干擾效果，即使電力機車位于

AT

處，也不像上述那樣理想。不過，流經(jīng)軌道、大地返回變電所的電流很小，占接觸網(wǎng)電流的

5%～10%，故對鄰近受影響設(shè)施的電磁感應(yīng)影響很小。

這部分影響稱為“長回路”感應(yīng)影響。

4．“短段效應(yīng)”當牽引列車運行的電力機車位于兩臺

AT

之間時，也產(chǎn)生牽引電流流入軌道、大地的情況，如圖

8.4

所示。圖中，由于

AT1

和

AT2

的二次回路中都引入了阻抗，其數(shù)值分別與電力機車至

AT1，AT2

的距離

l1，l2

成正比，而電力機車電流

I

在軌道、大地中的分路電流

I1，I2

的數(shù)值分別與兩分路的阻抗成反比，所以兩分路電流

I1，

I2

可用下式表示：

圖

8.4短段效應(yīng)示意圖按圖中情形，兩分路電流在流向

AT1，AT2

時都有一部分流入大地。不過，由于電磁感應(yīng)影響同電流與受影響設(shè)施平行長度的乘積成正比，參見式（7.8），將式（8.11）的第一式乘

l1、第二式乘

l2，可得I1l1＝

I2l2。所以在

l1和

l2兩個長度內(nèi)的電磁感應(yīng)影響大小相等而方向相反，對平行長度延及這個

AT

段全長的受影響設(shè)施不產(chǎn)生電磁感應(yīng)影響。圖

8.4短段效應(yīng)示意圖二、牽引變電所接線方式的特點AT

供電方式牽引變電所，按牽引變壓器聯(lián)結(jié)形式可分為三相—二相平衡聯(lián)結(jié)、三相十字交叉聯(lián)結(jié)、Vv

（或

Vx）聯(lián)結(jié)和單相聯(lián)結(jié)；按牽引側(cè)母線電壓系統(tǒng)可分為55

kV

單相電壓系統(tǒng)、2*27.5

kV兩相三線電壓系統(tǒng)。1．三相—二相平衡聯(lián)結(jié)（1）斯科特聯(lián)結(jié)如圖

8.5

所示，1

為三相送電線路；

2

為斯科特聯(lián)結(jié)牽引變壓器；

3為自耦變壓器；4

為AT供電方式牽引網(wǎng)；

T為接觸網(wǎng)；R為軌道；F

為正饋線。牽引變壓器二次側(cè)的

M

座

繞組和

T

座繞組分別與室外兩組

55

kV牽引母線（圖中未畫，下同）連接。兩組牽引母線通過饋電線分別向變電所兩側(cè)供電

臂供電。由于斯科特聯(lián)結(jié)牽引變壓器二次側(cè)兩個單相

55

kV

繞

組皆無中點抽頭，為了提供

2*27.5

kV

兩相三線電壓系統(tǒng)向

T，R，F(xiàn)

三導(dǎo)線供電，所以在每路饋電線出口處皆裝設(shè)一臺帶中點

抽頭的自耦變壓器。我國北京—秦皇島、大同—秦皇島大部分、

鄭州—武昌等

AT

供電方式電氣化鐵路牽引變電所就是采用這種聯(lián)結(jié)方式。圖

8.5斯科特聯(lián)結(jié)（2）YN阻抗匹配平衡聯(lián)結(jié)如圖

8.6所示。YN 聯(lián)結(jié)阻抗匹配平衡變壓器的二次側(cè)有兩套相同的繞組，但其中一套的內(nèi)三角形

abc

三相繞組相對于一次側(cè)

YN

為d11

聯(lián)結(jié)，另一套的內(nèi)三角形a`b`c` 三相繞組相對于一次側(cè)

YN

為d1

聯(lián)結(jié)。牽引變壓器二次側(cè)端子a，a`接到一組

2×27.5kV牽引母線上，

二次側(cè)端子β，β`

接到另一組

2×27.5

kV

牽引母線上。兩組牽引母線通過饋電線分別向變電所兩側(cè)供電臂供電。二次側(cè)對頂點端子c(a`)

接到N

母線（中性匯流條，圖中未畫，下同）

上。N

母線與軌道連接（實際是與牽引網(wǎng)中的和軌道并聯(lián)的保護線

PW

連接，下同），并通過放電器F

接地。因此，可省去變電所內(nèi)的

AT。日本采用的三相—二相平衡聯(lián)結(jié)，除了斯科特聯(lián)結(jié)以外，還有伍德布里奇聯(lián)結(jié)和改進伍德布里奇聯(lián)結(jié)牽引變壓器。后者由于我國未采用，故從略。2．三相十字交叉聯(lián)結(jié)（1）三相雙繞組十字交叉聯(lián)結(jié)如圖

8.7

所示。由兩臺三相

YNd11

聯(lián)結(jié)牽引變壓器構(gòu)成，兩臺一次側(cè)

YN

聯(lián)結(jié)繞組分別按ABC

相序和

ACB

相序接入三相電力系統(tǒng)；兩臺二次側(cè)

d11

聯(lián)結(jié)繞組對頂（c，a`）接成十字交叉方式。二次側(cè)端子a，c`

和b，b`分別接到兩組

2×27.5

kV

牽引母線上；兩組牽引母線分別通過饋電線向變電所兩側(cè)供電臂供電；二次側(cè)對頂點端子c，a`（十字交叉點）接到N

母線上。N

母線與軌道連接，并通過放電器F

接地。因此，可省去變電所內(nèi)的

AT。圖

8.7三相雙繞組十字交叉聯(lián)結(jié)（2）三相三繞組YNd11d1

十字交叉聯(lián)結(jié)如圖

8.8

所示。該牽引變壓器有一個

YN

聯(lián)結(jié)一次側(cè)繞組；有兩個容量相同、電壓相等、

分別為d11

和

d1

聯(lián)結(jié)的二次側(cè)繞組。兩個二次側(cè)繞組對頂（c1，a2）接成十字交叉方式；二次側(cè)端子

a1

，b2

和b1，c2

分別接到兩組

2×27.5kV

牽引母線上；二次側(cè)對頂端子

c1，a2（十字交叉點）接到

N

母線上。二次側(cè)

d11，d1繞組電流按變壓比歸算至一次側(cè)（YN

側(cè)）后，同名相電流之和等于

YN

繞組對應(yīng)相之電流。其余情況與三相雙繞組十字交叉聯(lián)結(jié)方式相同。

這種聯(lián)結(jié)方式是我國研制的，并首次在大（同）—秦（皇島）線兩個牽引變電所采用。圖

8.8三相三繞組

YNd11d1

十字交叉聯(lián)結(jié)3．Vv（或

Vx）聯(lián)結(jié)和單相聯(lián)結(jié)（1）單相Vv（或分體式Vx）聯(lián)結(jié)如圖

8.9

所示，由兩臺二次側(cè)帶中點抽頭的單相牽引變壓器構(gòu)成。圖中，兩臺的一次側(cè)繞組分別接入三相電力系統(tǒng)的AC

相和BC

相，兩臺的二次側(cè)出線端子a1，x1

和a2，x2分別接到兩組

2×27.5

kV

牽引母線上。兩組牽引母線分別通過饋電線向變電所兩側(cè)供電臂供電。

兩臺的二次側(cè)中點抽頭o1，o2

分別接到N

母線上。N

母線與軌道連接，并通過放電器F

接地。因此，可省去變電所內(nèi)的

AT。這種聯(lián)結(jié)方式的缺點是，在變電所內(nèi)需增設(shè)第三臺甚至第四臺同樣的單相牽引變壓器作固定備用，使變電所場地面積較大，主接線較復(fù)雜，倒閘操作或備用自投裝置麻煩。圖

8.9單相

Vv（或分體式

Vx）聯(lián)結(jié)（2）三相Vv（或連體式

Vx）聯(lián)結(jié)

為了克服單相

Vv（或分體式

Vx）聯(lián)結(jié)方式的上述缺點，可采用兩臺三相

Vv

（或連體

式

Vx）聯(lián)結(jié)牽引變壓器構(gòu)成，但每臺二次側(cè)的兩個繞組皆帶中點抽頭，即每個二次側(cè)繞組皆為

2

×27.5

kV

兩相三線電壓系統(tǒng)，如圖

8.10

所示。圖

8.10三相

Vv（或連體式

Vx）聯(lián)結(jié)

兩臺三相

Vv

聯(lián)結(jié)牽引變壓器中，一臺運行，另一臺固定備用。運行的這臺三相

Vv

（或連體式

Vx）聯(lián)結(jié)牽引變壓器，兩個一次側(cè)繞組分別接入三相電力系統(tǒng)的

AC

相和

BC

相；兩個二次側(cè)繞組的出線端子

a1，x1

和a2，x2

分別接到兩組2×27.5

kV

牽引母線上。兩組牽引母線分別通過饋電線向變電所兩側(cè)供電臂供電。亦即運行的三相

Vv（或連體式

Vx）

聯(lián)結(jié)牽引變壓器中，兩臺單相變壓器器身各供應(yīng)變電所的一側(cè)供電臂。兩個二次側(cè)繞組的中點抽頭

o1，o2

分別接到

N

母線上。N

母線與軌道連接，并通過放電器F

接地。因此，也可省去變電所內(nèi)的AT。

（3）單相聯(lián)結(jié)采用二次側(cè)繞組帶中點抽頭的單相牽引變壓器構(gòu)成，如圖8.11

所示，一次側(cè)繞組接入三相電力系統(tǒng)的AB

相。二次側(cè)繞組出線端子

a，x

分別接到兩組

2×27.5

kV牽引母線上。兩組牽引母線分別通過饋電線向變電所兩側(cè)供電臂供電。二次側(cè)繞組的中點抽頭o

接到N母線上。N母線與軌道連接，并通過放電器F

接地。因此，可省去變電所內(nèi)的

AT。

以上敘述的

AT

供電方式牽引變電所八種主變壓器聯(lián)結(jié)方式中，斯科特聯(lián)結(jié)二次側(cè)無中點抽頭，屬中點不接地方式，亦即

55kV

單相電壓系統(tǒng)。其余七種聯(lián)結(jié)方式二次側(cè)皆屬中點接地方式，亦即

2×

27.5

kV

兩相三線電壓系統(tǒng)。圖

8.11單相聯(lián)結(jié)AT

供電方式牽引變電所主變壓器二次側(cè)中點不接地方式與中點接地方式的優(yōu)缺點詳見表

8.1。表

8.1 主變壓器二次側(cè)中點不接地方式與中點接地方式的優(yōu)缺點方式中點不接地方

式中點接地方

式優(yōu)點①

二次側(cè)短路時，短路電流較小。②

主變壓器二次側(cè)繞組的容量利用情況較好。③

軌道不直接與大地相連，因此防干擾性能較好④

當饋電線斷路器斷開時，饋電線出口處的

AT

仍接在牽引網(wǎng)中，有利于實現(xiàn)越區(qū)供電①

主變壓器二次側(cè)繞組的絕緣等級較低，絕緣費用相應(yīng)減少②

在變電所饋電線出口處不需另設(shè)

AT。在雙線區(qū)段，每一變電。所至少可節(jié)省四臺

AT。變電所主接線簡單，造價較低。③

饋電線斷路器可選用額定電壓為

27.5

kV

級的缺點①

主變壓器二次側(cè)繞組絕緣等級較高，

絕緣費用相應(yīng)增加。②

在變電所饋電線出口處需另設(shè)

AT。變電所主接線復(fù)雜，造價較高。③

饋電線斷路器的額定電壓為

55

kV。需專門制造這種特殊電壓等級的斷路器①

二次側(cè)短路時，短路電流較大。②

當列車運行于第一個

AT

段中時，流過主變壓器二次側(cè)繞組的牽引電流較大，要求的主變壓器計算容量也較大。③

若主變壓器二次側(cè)中點直接接地，部分回流可經(jīng)由大地流回，使防干擾性能降低。④

當饋電線斷路器斷開而牽引網(wǎng)仍通過開閉所或分區(qū)所越區(qū)供電時，靠近饋電線斷路器斷開的一個

AT

段的牽引網(wǎng)阻抗和電壓損失增大

3

倍三、牽引網(wǎng)的特點1．AT

供電方式牽引網(wǎng)的構(gòu)成如圖

8.12

所示，其中（

a），（

b）為單線

AT

牽引網(wǎng)，（

c），（

d）為雙線

AT牽引網(wǎng)；

（

a），（

c）

中，

AT

牽引網(wǎng)僅由接觸懸掛、

軌道和正饋線構(gòu)成；（

b），（

d）

中，

AT

牽引網(wǎng)除了接觸懸掛、

軌道和正饋線之外，還有保護線、

橫向連接線、

輔助連接和（

雙線）

橫向連接。我國的

AT

供電方式電氣化鐵路采用圖

8.12（

b），（

d）的

AT

牽引網(wǎng)構(gòu)成方式。圖

8.12AT

牽引網(wǎng)構(gòu)成示意圖保護線（PW）與軌道（R）并聯(lián)，同時在AT處采用橫向連接線實現(xiàn)軌道、保護線和AT中點的連接。設(shè)置保護線的目的主要是為了避免將接觸網(wǎng)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。當牽引網(wǎng)發(fā)生短路故障時，又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

3～6kV

絕緣子隔開。

在軌道和保護線的對地電位較低時，保護線可不加絕緣而直接安裝在接觸網(wǎng)的金屬支架上。保護線材質(zhì)選擇可有兩種考慮：當需要保護線同時起到降低對鄰近受影響設(shè)施的電磁感應(yīng)影響的屏蔽導(dǎo)線作用時，

可選用具有良好載流能力的鋁絞線（采用

LJ-95

時的屏蔽系數(shù)約

0.8）；當無屏蔽要求時，則

可采用鍍鋅鋼絞線，其截面面積可根據(jù)機械強度和短路熱穩(wěn)定條件選擇，一般可采用

GJ-50。有時還在

AT

段中部對保護線和軌道作輔助連接（CPW），其作用主要是降低軌道對地電位。計算表明，在

AT

段中部作一處

CPW

可降低軌道對地最大電位

25%～30%。在雙線區(qū)段，為了進一步降低軌道對地電位，還可將上、下行牽引網(wǎng)中的保護線實行橫向連接（CB）。在

AT

段中段同時作一處

CPW

和

CB

時，可降低軌道對地最大電位50%左右。理論分析表明，保護線的設(shè)置對AT網(wǎng)絡(luò)中的電流分布和主要牽引供電參數(shù)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。

在牽引網(wǎng)中每隔一定距離（按牽引供電的要求計算確定）設(shè)置

AT

向列車供電。AT

的中點與軌道連接（實際是與牽引網(wǎng)中的和軌道并聯(lián)的保護線PW連接，下同），并通過放電器（F）接地。

放電器的作用是：當由于某種原因造成

AT

高壓側(cè)的套管閃絡(luò)或避雷器短路時，放電器因電壓升高使電極間隙擊穿而放電，從而使接地回路通過軌道形成金屬性通路，

有利于變電所饋電線的繼電保護的動作。當牽引網(wǎng)的正饋線或接觸懸掛發(fā)生接地故障時，軌道和非故障導(dǎo)線的電位顯著升高。設(shè)置放電器，可使軌道和非故障導(dǎo)線的電位因電極間隙放電而得到抑制。在正常運行情況下，放電器還可避免

AT

中點直接與大地相連，以減少地中和接地網(wǎng)中的回流，提高對鄰近受影響設(shè)施的防護效果，并提高信號軌道電路的工作可靠性。

圖

8.13

是

JF1-10

型接地放電保護裝置原理電路圖。高壓端子

N與

N

母線或

N

線連接，接地端子

E

與地連接。

P

為放電間隙的電極，M

為放電間隙的磁吹線圈。因

AT一次側(cè)套管閃絡(luò)等短路接地導(dǎo)致接地端子與高壓端子間的電位差達到

3

kV

左右時，將擊穿放電間隙而放電，使

N

母線經(jīng)高壓端子、P

和接地端子

直接接地。C1，C2

和

K

分別為旁路開關(guān)的合閘兼保持線

圈、合閘線圈和主觸頭。P

放電時，有大電流經(jīng)高壓端子、C1

，

C2

，

P，M

和接地端子流過，于是

C1，

C2

兩線圈使主觸頭

K

閉合，并由

C1

保持

K

于閉合狀態(tài)，使大電流安全可靠地由

K通過，并且

P

被旁路而避免燒損。當短路故障被切除后，流過

C1

的電流驟減，不能再保持

K于閉合狀態(tài)，K

斷開。C

為電容器，其功用是可吸收侵入的過電壓波或使波前變緩。

圖8.13 JF1-10

型接地放電保護裝置原理電路圖這樣，若因大氣過電壓等被導(dǎo)泄入地使接地網(wǎng)電位升高時，由于其能量被

C

吸收

且作用時間短，P

僅短暫放電，K

合不上，并且

P

的放電較易由

M

的磁吹作用而滅弧。該裝置用于

AT

供電方式牽引變電所的

N

母線。

在

AT

所等場合的

N

線處，裝設(shè)起同樣作用但結(jié)構(gòu)較簡單的

B1-5型保安器。兩者在前述相關(guān)處統(tǒng)稱為放電器

F。2．AT

開閉所AT

牽引網(wǎng)供電臂一般較長，有的可達

40～50

km。為了減小牽引網(wǎng)故障時的停電范圍，

常在供電臂中間設(shè)置開閉所，實行保護分段。此外，在重要的區(qū)段站、編組站或電力機務(wù)段

所在站，也可設(shè)置開閉所進行分段。雙線區(qū)段開閉所還可以實現(xiàn)上、下行牽引網(wǎng)的紐結(jié)供電，有利于改善牽引網(wǎng)電壓水平，減小牽引網(wǎng)電能損失。3．AT

分區(qū)所雙線區(qū)段分區(qū)所的作用主要是使上、下行牽引網(wǎng)實現(xiàn)并聯(lián)供電，以改善牽引供電條件。此外，無論是單線區(qū)段還是雙線區(qū)段，當相鄰牽引變電所因故全所停電時，可通過分區(qū)所的聯(lián)絡(luò)開關(guān)實現(xiàn)越區(qū)供電。四、AT

網(wǎng)絡(luò)的電流分布1．單線區(qū)段的電流分布（1）無保護線的單線

AT

網(wǎng)絡(luò)（見圖

8.14）由圖

8.14可列出方程組網(wǎng)絡(luò)的電流分布上式中，z1

＝

zT＋zTF－2zTR，z2

＝

2zR－zTR－zRF，z3

＝

zF＋zTF－2zRF。其中，zT

為接觸懸

掛自阻抗（Ω

/km）；

zTF

為接觸懸掛與正饋線間互阻抗（Ω

/km）；

zTR

為接觸懸掛與鋼軌間互阻抗（Ω

/km）；zR

為鋼軌回路自阻抗（Ω

/km）；

zRF

為鋼軌與正饋線間互阻抗（Ω

/km）；

zF

為正饋線自阻抗（Ω

/km）。方程組的解為當接觸懸掛和正饋線導(dǎo)線截面面積相等且懸掛位置對稱時，即有z1

=

z3

，上式可簡化為列車在

AT

段內(nèi)運行時，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)電流分布與列車居段中的位置系數(shù)

x/D

呈線性關(guān)系。（2）有保護線的單線

AT

網(wǎng)絡(luò)（見圖

8.15）由圖

8.15可列出方程組圖

8.15有保護線單線

AT

網(wǎng)絡(luò)的電流分布方程組的解為上式中，z4

=zPT

+zPF

-2zPR

，z5

=zPT

-zTR

，z6

=zR

-zPR

，z7

=zPF

-zFR

，z8

=

zP

-zPR

。其中，zPT

為保護線與接觸懸掛間互阻抗（Ω

/km）；zPR

為保護線與鋼軌間互阻抗（Ω

/km）；zPF

為保護線與正饋線間互阻抗（Ω

/km）；zFR

為正饋線與鋼軌間互阻抗（Ω

/km）；

zP

為保護線自阻抗（Ω

/km）。

當接觸懸掛、正饋線截面面積相等、導(dǎo)線相對位置對稱，且保護線至接觸懸掛和正饋線的距離大致相等時，即有

z1

=

z3

，

z5

=

z7

，上式簡化為與式（8.14）相同形式，且

IP＝0?？梢姡Ｗo線的設(shè)置對

AT

網(wǎng)絡(luò)電流分布沒有影響。

2．雙線上、下行通過分區(qū)所并聯(lián)供電時

AT

網(wǎng)絡(luò)的電流分布圖

8.16

為具有

n

個

AT

段的雙線上、下行通過分區(qū)所并聯(lián)供電的牽引網(wǎng)絡(luò)。圖8.16 雙線

n

個

AT段分區(qū)所并聯(lián)供電網(wǎng)絡(luò)圖網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電流分布可由下式確定式中，n

為供電臂內(nèi)

AT

段數(shù)；l

為列車至變電所的距離（km）；L

為供電臂長度（km）；i

為列車所在AT段的序號。

雙線上、下行并聯(lián)

AT

網(wǎng)絡(luò)的鋼軌電流分布與單線網(wǎng)絡(luò)完全相同，但

IT1，IT2，IF的分布與單線不同。在相同的列車居段中的位置系數(shù)為

x/D

情況下，雙線

AT

網(wǎng)絡(luò)的

IT1

和

IF

較單線時為小，而

IT2

則較大。但各導(dǎo)線中的電流變化仍與

x/D

呈線性關(guān)系。

當供電臂內(nèi)含多個

AT

段時，不同

AT

段內(nèi)的

IT1，IT2

和

IF

的變化規(guī)律是不同的，但各電流曲線的斜率則與

AT段的序號無關(guān)，可保持不變。

與單線

AT

網(wǎng)絡(luò)一樣，雙線

AT

網(wǎng)絡(luò)加保護線對網(wǎng)絡(luò)的電流分布規(guī)律沒有影響。

1．自耦變壓器的通過容量和自身容量圖

8.17

是自耦變壓器原理電路圖。線圈

AX

是

AT

的一次線圈，匝數(shù)為

w1

+

w2

，電壓

為

UH

。線圈

AO是

AT

的二次線圈，又稱公共線圈，匝數(shù)為

w2

，電壓為

U2

。線圈

OX

是

AT

的串聯(lián)線圈，匝數(shù)為

w1

，

電壓為U1

。T

為接觸網(wǎng)，R為軌道，F(xiàn)為正饋線。

在

AT

的一次線圈

AX

兩端加電壓

UH

；二次線圈

AO開路，端電壓為

U2

，可得到

AT

的變壓比在

AT

供電方式的牽引網(wǎng)中，通常

w1

=

w2

，

U1

=

U2

，

UH

=

2U2

，故k=2

。

圖

8.17自耦變壓器原理電路圖

如果在二次線圈

AO

兩端接入負載，則有負載電流

IL

流通。串聯(lián)線圈

OX

中通過的電流是

AT

的一次側(cè)電流

I1

，于是根據(jù)節(jié)點電流定律可得二次線圈（公共線圈）AO

中的電流

I2

=IL

-

I11．自耦變壓器的通過容量和自身容量略去

AT

的空載電流和空載損耗，根據(jù)變壓器的磁勢平衡原理有

I1

(w1

+

w2

)

=

IL

w2

。因此，可得到電流之間的關(guān)系為AT

一次側(cè)的輸入功率為

UH

I1

，二次側(cè)的輸出功率為

U2

IL

。當

AT

的功率損耗忽略不計時，有UHI1=U2

IL將式（8.19）～式（8.21）代入式（8.22），可得從式（8.23）可知，AT

傳輸?shù)墓β视蓛刹糠謽?gòu)成：第一部分為

U2

I1

=

(1/

k

)U2

IL

，代表通過AT

的串聯(lián)線圈，利用連系著的電路，由一次側(cè)直接傳輸?shù)蕉蝹?cè)的功率；第二部分為

U2

I2

＝ 代表通過

AT

的公共線圈，利用電磁感應(yīng)，由一次側(cè)傳輸?shù)蕉蝹?cè)的功率。UH

I1

和

U2

IL

稱為

AT

的通過容量（又稱線路容量）。U2

I2稱為

AT

的自身容量（又稱標準容量）。從式（8.22）和式（8.23）可以看出，AT

的自身容量只有其通過容量的 倍。因此，用

AT

傳輸功率時，它的自身容量可以小于通過容量，也就是說

AT

可以傳輸大于其自身容量的功率。在

AT

供電方式的牽引網(wǎng)中，由于

k

=

2

，所以 ，即

AT

的自身容量等于其通過容量的

1/2。2．自耦變壓器容量計算通常是指它的自身容量的計算。由式（8.14）第三、第四式或式（8.17）第三、第四式可知，在忽略AT

本身阻抗時，AT中的電流當AT間隔中一定電流的取流點臨近AT時最大，隨取流點向

AT

間隔另一端移動而成線性下降，如圖

8.18

所示，按取流點臨近

AT

時計算其容量

S。AT二次側(cè)額定電壓為

UN

（kV）。（1）牽引變電所饋電線處

AT

容量按

AT

二次側(cè)最大短路電流

Ik

max（A）確定圖

8.18AT

中的電流與取流點位置的關(guān)系式中，25

為

AT

允許的最大短路電流倍數(shù)。如果式（8.24）計算值小于式（8.25）計算值，則也按式（8.25）計算。（2）區(qū)間

AT

容量按

AT

間隔中一列列車最大負荷電流

IL

max（A）確定式中，2.5

為

AT

允許的短時過負荷系數(shù)；若無具體負荷電流數(shù)據(jù)，可取

IL

max

為一列列車最大啟動電流（A）。六、AT

牽引網(wǎng)阻抗1．單線區(qū)段AT

供電方式的牽引網(wǎng)阻抗不是一種均勻分布參數(shù)。折算到接觸網(wǎng)電壓的

AT

網(wǎng)絡(luò)阻抗由兩部分組成：一部分是長回路阻抗，即為線性部分的單位阻抗；另一部分是由于列車處于

AT

段中間而出現(xiàn)的牽引網(wǎng)阻抗中的增量部分。當列車由牽引變電所出發(fā)通過整個供電臂時，其牽引網(wǎng)阻抗為一系列遞增的鞍形曲線。（1）AT

網(wǎng)絡(luò)的等效電路由于

AT

網(wǎng)絡(luò)是個多網(wǎng)孔的復(fù)雜電路，這給牽引網(wǎng)阻抗的計算帶來極大的不便。一般是先找出折算到AT

二次側(cè)的

AT

網(wǎng)絡(luò)等效電路；再將該等效電路中的互感消去，便得到?jīng)]有互感的

AT

網(wǎng)絡(luò)等效電路；最后考慮鋼軌對地漏導(dǎo)和

AT

漏抗相互能抵消的作用，即可忽略鋼軌對地漏導(dǎo)和

AT

的漏抗，這樣就得到最簡化的

AT

網(wǎng)絡(luò)等效電路。用該簡化的

AT

網(wǎng)絡(luò)等效電路，即可列出

AT

牽引網(wǎng)的阻抗算式。為計算

AT

網(wǎng)絡(luò)的牽引網(wǎng)阻抗，可將

AT

網(wǎng)絡(luò)折算到

AT

二次側(cè)的等效電路，表示于圖

8.19

。圖

8.19AT

網(wǎng)絡(luò)的等效電路圖中，zl

為

AT

漏抗（Ω）；各折算后的等效導(dǎo)線的阻抗可由下式求出式中，zT，zR，zF，zTF，zTR，zRF

可按第三章的方法計算。w1，w2

分別為自耦變壓器F-R和T-R

間的匝數(shù)，通常

w1＝w2，故式（8.26）中第

3

式～第

5

式可簡化為由以上兩式可知折算后

zT`和

zR`與未折算時的

zT

和

zR

是相等的，且T

和R

間的互阻抗

zTR`

與

zTR相同。但凡是涉及正饋線的阻抗如

zF`

，

zTF`

和

zRF`

與

zF

，

zTF

和

zRF

卻不同。這是因為在未折算時F

與T之間電壓為

50kV，而在折算后F

與T

之間電壓為

25

kV，正饋線電流也同樣如此，則相應(yīng)的阻抗也隨之變換，并還涉及互阻抗問題。

因此阻抗的變換關(guān)系比較復(fù)雜。為了進一步計算圖

8.19

的

AT

牽引網(wǎng)阻抗，需將圖

8.19

中的互阻抗消除。消去互阻抗后的

AT

網(wǎng)絡(luò)等效電路如圖

8.20所示。圖中各等效導(dǎo)線的阻抗為圖

8.20消去互阻抗的

AT

網(wǎng)絡(luò)等效電路當忽略鋼軌對地漏導(dǎo)和

AT

漏抗時，則可得簡化的

AT

網(wǎng)絡(luò)等效電路，如圖

8.21

所示。圖

8.21AT

網(wǎng)絡(luò)的簡化等效電路圖（2）AT牽引網(wǎng)的阻抗

由圖

8.21，假設(shè)欲計算距牽引變電所

ln

處的牽引網(wǎng)總阻抗

Zn

，則可按

z1，z2

和

z3

的等效阻抗經(jīng)串、并聯(lián)后求得為式中，右端第二項為圖8.21中的ab段與bc，de段并聯(lián)后的阻抗；右端第三項為圖中的af段與eg段并聯(lián)后的阻抗。將上式進行整理化簡，可得為段中阻抗；xn為列車在段中至a點的長度；Dn

為列車所在

AT

段長度。

AT

網(wǎng)絡(luò)的阻抗與長度的關(guān)系，可見圖8.22

所示的曲線。圖中直線

1

為

T—F

間的長回路阻抗，其斜率即是長回路單位阻抗。在每個AT段中都存在阻抗的增量，并由該影響形成一系列鞍形曲線。段中阻抗的增量也就是T-R間的牽引網(wǎng)阻抗。

各AT段的鞍形曲線中都有一個極大值，且各極點在段中的位置

xmax

是固定的，將式（8.30）求導(dǎo)數(shù)并等于零，便可得式中，D

為

AT

段長度。圖

8.22

AT

網(wǎng)絡(luò)牽引網(wǎng)阻抗曲線2．雙線區(qū)段雙線上、下行串聯(lián)供電的等效

AT

網(wǎng)絡(luò)如圖

8.23

所示。雙線并聯(lián)供電牽引網(wǎng)的阻抗為上式右端各阻抗的含意與算式，均與單線區(qū)段

AT

網(wǎng)絡(luò)牽引網(wǎng)阻抗算式相同。雙線并聯(lián)供電AT

網(wǎng)絡(luò)牽引網(wǎng)阻抗曲線，如圖8.24

所示。

圖

8.23

雙線并聯(lián)供電

AT

網(wǎng)絡(luò)的等效電路圖

8.24雙線并聯(lián)供電

AT

牽引網(wǎng)阻抗曲線由圖可知，雙線

AT

網(wǎng)絡(luò)的長回路阻抗不是一條直線。因此，長回路單位阻抗不再是一個常數(shù)，它隨著負荷點距電源側(cè)長度的增加而逐漸減小。當列車在各

AT

段內(nèi)時，與單線相似，即在段中發(fā)生阻抗增量并形成一系列遞增的鞍形曲線。

各

AT

段的鞍形曲線中也有極大值。但由于長回路單位阻抗不是常數(shù)，因此與單線區(qū)段不同，即各AT

段段中的極點位置是不同的，它隨

AT

段序號增大逐漸向

AT

段的中點靠攏。

不同

AT

段的極點位置可由下式求出

七、AT

牽引網(wǎng)最大電壓降和電壓損失計算1．單線區(qū)段當單線區(qū)段

AT

牽引網(wǎng)的供電臂內(nèi)有幾列車同時用電運行時，計算至最遠端機車受電弓的最大電壓降為

應(yīng)該著重指出，除了計算列車所在

AT

段的同行列車可以在計算列車受電弓上造成“段中附加電壓降”外，其他處于與計算列車不同

AT

段中的列車電流不會在計算列車受電弓上造成“段中附加電壓降”。2．雙線區(qū)段雙線區(qū)段上、下行串聯(lián)供電方式的牽引網(wǎng)電壓降計算式為在需要計算牽引網(wǎng)中的電壓損失時，可將公式中的長回路阻抗

zL

和段中阻抗

zL`

分別以其當量阻抗

zL*和

zL*`

代替八、AT

牽引網(wǎng)的電能損失1．單線區(qū)段

供電臂內(nèi)只有一列列車用電時，列車通過整個供電臂在機車受電弓上造成的平均電壓降可由下式求出相應(yīng)地，列車通過整個供電臂在牽引網(wǎng)中造成的電能損失為式中，n

為供電臂內(nèi)的

AT

段數(shù)；Ket

為列車電流有效系數(shù)，一般可取

Ket＝1.04；rL，

rL`

分別為

zL

和zL`

的有效電阻部分（

Ω/km）；tu

為列車通過

AT

段的平均用電時分（min）。在供電臂內(nèi)同時有幾列列