一種電氣化鐵路at供電系統的製作方法

2023-09-17 01:35:05

專利名稱：一種電氣化鐵路at供電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電氣化鐵路的牽引供電系統，尤其涉及一種電氣化鐵路的AT供電系統。
背景技術：
牽引供電系統是一種特殊的單相供電方式，目前世界上使用的牽引供電方式主要有直接供電方式和AT供電方式。傳統直接供電方式供電距離短、防通信幹擾能力弱，已不能適應高速、重載鐵路的發展要求。AT供電方式供電距離長、傳輸功率大、抗通信幹擾能力強，是高速、重載4失路發展的主要方向。
目前使用的AT供電方式主要有日本AT供電模式和法國AT供電模式。
一、日本AT供電模式
日本AT供電模式的結構日本模式為55kVAT供電系統，如圖1所示，牽引變電所的牽引變壓器次邊輸出55kV電壓，牽引變電所SS出口帶自耦變壓器ATS01和ATS02。牽引變壓器次邊一個埠 Q2與出口自耦變壓器ATSOl、 ATS02的a端相連，牽引變壓器次邊另一埠 Ql與出口自耦變壓器ATSOl、 ATS02的b端相連。沿線布置的其他自耦變壓器(如圖1中的ATS1、 ATS2、 ATS3、 ATS4 )的a端與接觸網接觸線T連接，這些變壓器的中點o與鋼軌R連接，b端與接觸網負饋線F連接。
日本AT供電模式的工作原理
1) 列車運行在牽引變電所出口的第一個AT段
以列車運行在第一個AT段(圖1中的ATSOl—ATS3)為例，說明該供電模式的工作原理。列車電流的傳輸路徑的如圖1所示，列車總電流為/，其中上為列車電流在鋼軌R兩側的分配係數，該係數與列車位置有關，其值在0-1之間變化，當列車位於自耦變壓器ATS01時，i接近O，列車遠離自耦變壓器ATSOl，逐漸向自耦變壓器ATS3靠近時，l逐漸增加到1;由於列車位置的變化，自耦變壓器ATS01到自耦變壓器ATS3之間的接觸線T電流、鋼軌R電流、負饋線F電流是變化的，其電流取值範圍分別為O-,'、 0-/、 0-/;牽引變壓器SS出口到接觸線T之間的電流、牽引變壓器SS出口到負饋線F之間的電流始終為列車電
3流/的一半即0.5/,該電流也等於牽引變壓器ss次邊繞組流過的電流，決定了牽
引變壓器SS的次邊繞組容量，牽引變壓器SS次邊繞組容量(55kVx0,5/)等於負荷容量(27.5kVx/)。
2)列車運行在第一個AT段之外的AT段
以列車運行在圖1中牽引變電所左側供電臂的ATS1-ATS2段為例，說明列車運行在第一個AT段之外的原理。列車總電流為f，其中i:為列車電流在鋼軌R兩側的分配係數，其值在O-l之間變化，當列車位於自耦變壓器ATS1時，A接近1，列車遠離自耦變壓器ATS1,逐漸向自耦變壓器ATS2靠近時，i逐漸減小到0。由於列車位置的變化，自耦變壓器ATS1到自耦變壓器ATS2之間的接觸線T電流、鋼軌R電流、負饋線F電流是變化的，其電流取值範圍分別為0-/、 0-/、0-/; ATS2到ATS02之間的接觸線T電流、負饋線F電流、牽引變壓器SS出口到接觸線T之間的電流、牽引變壓器SS出口到負饋線F之間的電流始終為列車電i乾f的一半0.5!'。
日本AT供電模式的優點是1)牽引變壓器的次邊繞組容量等於負荷容量，與列車位置的變化無關；2)列車在第一個AT段之外運行時，第一個AT段的接觸線線路和負饋線線路最大容量均為負荷容量的一半。但其不足是牽引變壓器出口帶有自耦變壓器，投資較大。二、法國AT供電模式
法國AT供電模式結構如圖2所示。為2 x 27. 5kV AT供電方式，牽引變壓器SS中間抽頭，每相輸出3個埠，分別為Q1、 Q2、 Q3,埠Q1和Q2之間的電壓為27. 5kV,埠 Q2和Q3之間的電壓為27. 5kV,鋼軌通過N線連接到牽引變壓器中間抽頭埠Q2，埠Q1連接到負饋線F，埠Q3連接到接觸線T。
法國AT供電模式的工作原理該模式下，牽引變壓器SS次邊中間抽頭，次邊相當於共用一個埠的雙繞組；列車電流的傳輸主要由兩種路徑共同作用，其一是55kV的AT供電傳輸路徑牽引變壓器次邊埠 Q3—列車一自耦變壓器—牽引變壓器SS次邊埠 Ql;其二是直接供電傳輸路徑牽引變壓器SS次邊埠 Q3—列車一牽引變壓器SS次邊埠 2構成的2LSkV。法國AT供電模式是直接供電方式和AT供電方式的結合，列車電流在直接供電傳輸路徑和AT供電傳輸路徑中的分配取決於這兩個路徑的阻抗關係。列車離牽引變電所越近，直接供電傳輸路徑阻抗越小，流過直接供電傳輸路徑的電流就越大，整個供電系統性能更接近直接供電系統的性能；當列車遠離牽引變電所時，直接供電傳輸路徑阻抗相對於AT供電傳輸路徑阻抗增加快，流過AT供電傳輸路徑的電流增加，列車離牽引變電所越遠，整個供電系統性能越接近AT供電系統性能。
列車電流的傳輸過程如圖2所示，列車總電流為/，整個電流傳輸過程受係數/t和^共同影響，其中A為列車電流在直接供電傳輸路徑和AT供電傳輸路徑中的電流分配係數，0^*<1， p為AT供電傳輸路徑中的電流向左右兩個自耦變電所的分流係數，0Sj^1。直接供電傳輸路徑的電流為(l-zt)!'，傳輸路徑如圖2中實線箭頭所示；AT供電傳輸路徑的電流為;t./，該電流按分配係數i 向左右兩個自耦變電所分流，傳輸路徑如圖2中空心箭頭所示。
列車位置與A:的關係當列車向牽引變電所SS出口靠近時，ir逐漸減小到O,直接供電傳輸路徑的電流逐漸增加，AT供電傳輸路徑電流減小，離牽引變電所SS越近，越接近直接供電方式效果；列車遠離牽引變電所SS出口時，A逐漸增加，直接供電傳輸路徑的電流逐漸減小，AT供電傳輸路徑電流逐漸增加，離牽引變電所SS越遠，越接近AT供電效果。列車到達牽引變電所SS的供電臂末端時，；t取得最大值，但由於直接供電傳輸路徑始終存在分流，使得/fc達不到1。
列車位置與p的關系列車在兩個自耦變電器之間變時，p隨著列車距離自耦變電所位置的變化而變化，如當列車靠近自耦變電器ATS1 (ATS4)時，p等於1，遠離自耦變電器ATSl,靠近自耦變電器ATS2(ATS3)時，； 逐漸減小到0。
無論列車處於任何位置，27. 5kV直接供電傳輸路徑始終存在，即無論列車處於任何位置，*"。在傳輸相同功率情況下，27. 5kV直接供電比55kVAT供電的電流大，使得法國AT模式的接觸線T電流比日本AT ^^莫式的接觸線電流大。牽引變壓器SS埠 Q2-Q3之間的繞組所承受的負荷容量為27.5kVx(l-0.5^，當列車在牽引變電SS出口時，ir為0，此時QZ-QS之間的繞組承擔負載全部容量；牽引變壓器SS埠 Ql-Q2之間的繞組所承受的負荷容量為27.5kVx0.5/b',當l為l時，Ql-Q2之間的繞組承擔負載容量的一半；牽引變壓器次邊繞組的總容量為Q1-Q2繞組與Q2-Q3繞組容量之和，總容量等於負栽容量的1. 5倍。
法國AT供電模式的特點1)牽引變壓器次邊需中間抽頭，變壓器製造難度加大，特別是帶中間抽頭的平衡變壓器製造難度顯著增加；2)受牽引變壓器次邊中間抽頭的影響，該供電方式是直接供電方式和AT供電方式的結合，供電性能受線路阻抗影響較大，在列車靠近牽引變電所時接近直接供電方式特性，
5在列車遠離牽引變電所時，接近AT供電方式特性；3)牽引變壓器次邊的兩個繞組容量不同，次邊繞組總容量為1. 5倍負栽容量，而日本AT供電模式的次邊繞組容量為l倍負荷容量，因此與日本AT供電模式相比增加了牽引變壓器製造成本。
總之，在供電性能上日本AT供電模式較好，但投資較高，法國AT供電模式，由於減少了一臺自藕變壓器，投資有所降低，但在供電性能上有一定局限，且牽引變壓器構造複雜，造價高。

發明內容
本發明的目的是提供一種電氣化鐵路的AT供電系統，該系統牽引變壓器和接觸線線路的容量利用率高，牽引變壓器製造難度小；投資小，供電性能好。
本發明解決其技術問題，所採用的技術方案為 一種電氣化鐵路AT供電系統，其組成為
牽引變電所的55kV的牽引變壓器次邊的一輸出端與4^道牽引網的接觸線相連，另一輸出端與鐵道牽引網的負饋線相連；
鐵道牽引網每隔10~20km設置自耦變壓器，與牽引變壓器鄰近的自耦變壓器與牽引變壓器的距離為5-15km;自耦變壓器的一端與鐵道牽引網的接觸線相連，中點與鋼軌相連，另一端與鐵道牽引網的負饋線相連。
本發明的工作原理是
1) 列車在牽引變壓器與第一個自耦變壓器之間的第一個AT段時，由於列車電流/只能通過鋼軌一側(自耦側)流到第一個自耦變壓器的中點，而鋼軌另一側與牽引變壓器不相連，因此列車電流/不會在鋼軌兩側進行分配，由於自耦
變壓器的自耦特性，鋼軌一側(自耦側)電流流入自耦變壓器後，被均分到負饋線和接觸網；接觸線和負饋線上的電流均為負荷電流的一半(0.5/)。
2) 列車在鄰近牽引變電所的第一 AT段之外的工作原理，列車電流向所在位置兩側的自耦變壓器分流，分別為;t./^(i-;t)!',在自耦變壓器作用下，yt./和(l-W分別被均分到接觸線和負饋線上。在兩側自耦變壓器之間的接觸線、負饋線最大電流為/，但鄰近牽引變電所的第一個AT段的接觸線、負饋線電流始終為列車電流的一半。
與現有技術相比，本發明技術的有益效果是
一、投資省與日本AT供電系統相比，牽引變電所出口不設自耦變壓器，一個牽引變電所即可降低約300萬元左右的投資，整個供電系統將節省大量投 資。與法國的AT供電方式相比，本發明的供電系統的牽引變壓器不需要中間抽 頭，減小了牽引變壓器的製造難度，同時省去了牽引變電所的軌回流線布置， 也節省了不少的投資。
二、 牽引變壓器二次側繞組容量(55kVx0.5/ )始終等於負載容量(27.5kVx/ )， 與法國模式的AT供電方式相比，牽引變壓器的安裝容量低，既節省投資，同時 增加了牽引變壓器的運行可靠性和使用。
三、 無論列車位置如何，第一個AT段的接觸線、負饋線所流過的電流始終 為負載電流的一半，與法國AT供電方式、日本AT供電方式相比，接觸線最大 電流減小了一半，提高了線路傳輸效率，特別適合高速鐵路、重載鐵路大功率 傳輸需求。
四、 牽引變壓器出口附近的鋼軌自耦側的電流始終為負荷電流，而日本和 法國方式鋼軌自耦側僅最大電流為負荷電流，雖然本發明的鋼軌自耦側電流大， 但由於鋼軌的截面積大，承栽電流能力強，不需另外投資。它特別適合於鋼軌 接地，鋼軌電位始終為零的鐵道線路，不會因為鋼軌電流大而使得鋼軌電位高， 對鋼軌附近的通信產生幹擾等問題。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的描述。


圖l是現有的日本才莫式AT供電系統結構示意圖。
圖2是現有的法國模式AT供電系統結構示意圖。
圖3是本發明實施例的結構示意圖。
具體實施方式
實施例
圖3示出，本發明的一種具體實施方式
為 一種電氣化鐵路AT供電系統，其組成為
牽引變電所的55kV的牽引變壓器SS次邊的一輸出端Ql與鐵道牽引網的接 觸線T相連，另一輸出端Q2與鐵道牽引網的負^Jf線F相連；
鐵道牽引網每隔10 20km設置自耦變壓器，如圖3中的ATS1、 ATS2、 ATS3、 ATS4;與牽引變壓器鄰近的自耦變壓器，即圖3中的ATS2、 ATS3，與牽引變壓 器SS的距離為5-15km。所有自耦變壓器的一端a與鐵道牽引網的接觸線T相連，中點o與鋼軌R相連，另一端b與鐵道牽引網的負饋線F相連。 本發明的具體工作過程和原理如下 一、列車運行在第一個AT段
以圖3中右側供電臂中，列車在牽引變電所SS與與牽引變壓器鄰近的自耦 變壓器ATS3之間為例說明。由於列車電流/只能通過鋼軌R向右流到第一個自 耦變壓器ATS3的中點，而鋼軌R與牽引變壓器SS不相連，因此列車電流,'不會 向左流動，也即列車電流不會在鋼軌R左右兩側進行分配。同時，由於自耦變 壓器ATS3的自耦特性，鋼軌R上的電流流入自耦變壓器ATS3後，被均分到負 饋線F和接觸網T;接觸線T和負饋線F上的電流均為負荷電流的一半(0.5i)。
2 )列車運行在第一個AT段之外的AT段
以圖3中的左側供電臂中，列車在自耦變壓器ATS1和自耦變壓器ATS2之間 為例說明。列車電流向自耦變壓器ATS1和自耦變壓器ATS2分流，分別為;t.!'和 在自耦變壓器ATS1和ATS2的作用下，/fc./和(l-zfc)/分別被均分到接觸線 T和負饋線F上。在ATS1和ATS2之間的接觸線T、負饋線F最大電流為/。但 鄰近牽引變電所SS的第一個AT段的接觸線T、負饋線F電流始終為列車電流/的 一半。
權利要求
1、一種電氣化鐵路AT供電系統，其組成為牽引變電所的55kV的牽引變壓器(SS)次邊的一輸出端(Q1)與鐵道牽引網的接觸線(T)相連，另一輸出端(Q2)與鐵道牽引網的負饋線(F)相連；鐵道牽引網每隔10～20km設置自耦變壓器，而鄰近牽引變壓器的自耦變壓器與牽引變壓器的距離為5-15km；自耦變壓器的一端(a)與鐵道牽引網的接觸線(T)相連，中點(o)與鋼軌(R)相連，另一端(b)與鐵道牽引網的負饋線(F)相連。
全文摘要
一種電氣化鐵路AT供電系統，其組成為牽引變電所的55kV的牽引變壓器次邊的一輸出端與鐵道牽引網的接觸線相連，另一輸出端與鐵道牽引網的負饋線相連；鐵道牽引網每隔10～20km設置自耦變壓器，與牽引變壓器鄰近的自耦變壓器與牽引變壓器的距離為5-15km；自耦變壓器的一端與鐵道牽引網的接觸線相連，中點與鋼軌相連，另一端與鐵道牽引網的負饋線相連。牽引變壓器出口不設自耦變電所，減少投資；牽引變壓器無中間抽頭，無需布置牽引變電所出口的鋼軌回流線，簡化牽引變壓器製造難度，提高牽引變壓器容量利用率；第一個AT段的接觸線、負饋線電流始終為負荷電流的一半，提高了線路傳輸能力。
文檔編號B60M3/00GK101580032SQ20091005962
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月17日 優先權日2009年6月17日
發明者煒 劉, 吳命利, 吳松榮, 建 周, 周福林, 宮衍聖, 寇宗乾, 東 易, 李群湛, 楊振龍, 解紹鋒, 賀建閩, 鍇 郭, 陳民武, 魏宏偉, 黃足平 申請人:西南交通大學