高速铁路at供电系统的保护配置分析研究电气工程管理专业.docx

高速铁路AT供电系统的保护配置与整定中国乃至世界铁路的发展朝着高速化的方向发展，飞速发展的铁路，离不开一种高效的供电方式，一个安全可靠的供电系统。供电，是列车运行的能源所在,是其命脉。随着我国高铁技术的飞速发展。AT供电方式的优越性体现在它有着巨大的供电容量，并且可实现远距离的供电，避免了繁杂的电分段以及电分相。有效减弱对通信的感应响应等特点的AT供电方式也更加受到人们的青睐。高速铁路一般采用全并联式的AT供电方式。本文着重分析了AT供电方式、AT供电方式的特点与优势、牵引网的阻抗及简单计算、各种AT供电牵引变压器接线方式研究、继电保护、牵引主变保护及其整定、馈线保护及其整定等，最后以一条高速铁路AT供电系统的保护整定参数的实例进行计算。该论文有图10幅，表3个，参考文献10篇。关键词：AT供电方式牵引网的阻抗变压器接线方式继电保护保护整定参数实例KHnrypauMH3amHTbimHaCTPOiiKaCHCTeMbl11MTaHHHATflJIRBbICOKOCKOpOCTHOilKeJie3H0M0pHPe3K)MePa3BHwejee3HbixAOPOrBKHTaehMHpepa3BHBaecBHanPaBJleHHHBbicOKOHcopocH.EbIeTPoepa3BHe/eue3Hbix4oporHeOTnejlHMoo3eHBHroMeTOZIa3epocHa6¾eHHHh6e3011acH0HhHaAe次HOiiCHCTeMbl3JiepocHa6)eHH5i.3jepocHa65eHMe-aohctohhhk3Heprwoe34aheroCnaCaTejIbHbl说pyC6bicpbiMpa3BHeMBbICoKoCKOPOCTHo百米ene3H0以OPo贝HO说TeXHOJIO11MKHTaJL11peB0cx04cB0MeTQIla11HaHHATBceHaIUe04HepHBaeca.EmkocteHCTOHHHKa11HTaHHB6JIHKa,aPaCCTO只HHe以OHCTOHHHKa11HTaHHBeJIHKO.YMeHbuiHTe3Jiep11ecy)CerMeHTaUHK)hMeKTPHqeCKoepa3eeHHea3.PC)KHM11HTaHMHAT,KOTOpbIH3eKTHBH0OCJIa6jIHCTHHnyKTuBHbliiOTKJIMKHaCB3b,6ojeenonyjiapeH.BblCoKOCKoPoCTHble)eje3Hbie4oporHo6mhhoHC110JIb3yK)T11OJIHOCTbK)11apajlJieJIbHbIHHCTOqHHK11HT3HHMAT.B9tomyMeHePaCCMaTPHBalOTC兄xapaepHCTHKHhpeMMymecape)HMa11Ha11HAT,pe>HMa11HaHKAT,11ojihooConPoTHBJIeHH兄hpocoropaceaTHroBblXceei,HCCjlelaoBaHH93JiepopBKHpa3JiH11HbixtobmxpacopMaopoBaHHAT,eroHaCTPO而n,3am11biHepaHHacpoaH.A.,HaKoHeu,paccH11biBaecHap11MepeapaMepoBHaCTPO说KH3amHTbiBbICOKOCKOpOCTHOHCHCTCMbI3JieKTpO11HTaH11HAT.KJiiOHeBOeCjIOB(KPcjkhm11HaHKATConpOTHBJieHHeTHrOBbixCeTeiiTpaHcopMaopHap0B04aPejie3am11biFIpMMepapaMepaHaCTpOHKH3am¼TbI摘要IPE3K>MEII目录III图清单V表清单V1绪论11.1 研究的背景及其意义11.2 国内外研究现状11.3 本文完成的主要工作22AT供电方式32.1 牵引供电系统和其它供电方式42.2 AT供电方式62.3 AT供电方式特点与优势82.4 本章小结93牵引网阻抗计算103.1 牵引网的阻抗103.2 单线区段牵引网阻抗113.3 本章小结134AT供电牵引变压器接线方式研究144.1 单相接线牵引变压器144.2 VV接线牵引变压器164.3 YNDll接线牵引变压器194.4 斯科特接线牵引压器214.5 本章小结245继电器保护配置与整定255.1 继电保护概述265.2 牵引主变保护及其整定275.3 馈线保护及其整定285.4 高速铁路AT供电系统的保护整定实例295.5 本章小结32结论32致谢错误!未定义书签。图清单图序号图名称页码图2T直接供电方式5图2-2BT供电方式示意图5图2-32x27.5KVAT供电模式7图2-455KVAT供电模式7图3-1简单悬挂示意图12图4-1单相接线变压器原理图14图4-2单相Vv接线变压器16图4-3单相VX接线供电17图4-4三相YNdll牵引变压器的展开图19图4-5斯科特变压器电压关系23图4-6斯科特变压器电流关系与供电接线24表清单表序号表名称页码表5-1牵引变电器保护整定计算的已知参数30表5-2牵引变压器一、二次侧额定电流的计算结果30表5-3牵引变电所所馈线保护整定计算已知参数311绪论电力牵引是近现代的一种新型铁路运输形式。世界贸易博览会于1879年在德国柏林召开，会上，第一条电气化铁路得到了首次面世。在接下来的100多年里，整个国际范围内都在大力推广发展电气化铁路。在上个世纪90年代，一些国家如日本、德国已经将客运转向了高速发展，这是世界高铁发展的里程碑。而在我国，自上个世纪60年代，电力牵引在我国首次应用，截止2017年年底我国铁路总里程为127000公里，通电里程超过85,300公里。中国铁路运营里程达到12.7万公里，其中包括2.5万公里的高铁，占世界高铁总量的66.3%。铁路电气化率和双轨率分别位居世界第一和第二位。50多年来，中国电气化铁路从零开始，从低重到重载，从恒速到高速，成功走上了探索和创新的道路1,1O从四纵四横到八纵八横，从增加客流支持，适当标准和发展需求的高速铁路，它还充分利用将现有铁路连接到开发区的高速铁路网络和城际铁路。我国的中长期铁路网规划践行着2019,畅想着2030。1.1 研究的背景及其意义飞速发展的铁路，离不开一种高效的供电方式，一个安全可靠的供电系统。供电，是列车运行的能源所在，是其命脉。高速铁路对牵引供电方式的结构、性能提出了高标准、高要求：供电容量大，供电距离长。电分段和电分相不宜过多。尽量减小对通信的影响，线路建设、运营、维护的成本不宜过高。供电方式的选择更应该由综合经济因素来决定，例如铁路，铁路电力系统，以及用于铁路内部和外部的通信线路的通信要求来确定。在正常情况下，直接供电应予采纳。繁忙的主要线路，重载地区或铁路用电力系统功率点（发电厂，变电站的区域）可以通过自耦变压器供电。随着在1984年通过了对AT供电方式的首次在中国的京秦电气化铁路投入运营以来，中国的高铁技术的飞速发展，AT供电方式的优势日益凸显。大容量电源、远距离供电、电分段和电分相的简化。以上这些独特优越的AT电源特质，多方位地削弱了对通信感应的响应，使之广受青睐。选择了AT供电方式，就要先了解何为AT供电方式。要懂得AT牵引网的阻抗如何计算，AT供电牵引变压器如何接线。如此才能懂得高速铁路AT供电系统的保护配置与整定。坚持安全、稳定性，提出方案和优化性能。使供电作为高速铁路的能源供应系统，更加可靠，能源节约，效益最大化。1.2 国内外研究现状在为供电模式做出选择时，电流的牵引供电系统主要采用四种模式：直接供电方式，吸入电流供应模式（BT）,一同轴电缆供电模式，和自耦变压器供电模式（AT）。（1）1964年日本的第一条新干线采用的是BT供电方式，但是由于当时车辆负荷电流很大，牵引网络具有大阻抗，这极大地增加了牵引网络的电压损失。因此，1972年，日本山阳新干线开始，日本新干线开始采用AT供电模式，所有新干线都改为AT供电。方式。日本采用二重保护的馈线保护，该种保护方式一般由阻抗保护原件的电流增量型故障选择元件构成。其牵引变压器保护采用斯科特接线和变形伍德的接线的平衡变压器。对于电源模式，德国采用的是15kV、16劣HZ单通道AC电源系统。不同于3其他国家，德国不仅拥有铁路专用电厂，电力来源也是公用电网。德国使用由Siemens公司生产的7SA518/519微机馈线保护。使用纯粹的单相牵引变压器。（2）法国的TVG巴黎一一东南线首次使用2x27.5kV的AT法国模式供电方式。之后在大西洋线和其他高速铁路也采用此供电方式。其接触网和负馈线传输55kV,变压器中间抽头接钢轨可获得接触网上的27.5kV电压。法国采用稍加改进的静止的距离的测量继电的馈线断路器对的保护装置。法国也采用纯单相的牵引变压器。（3）我国在既有线路上已有应用AT供电方式，在高速铁路的建设中，我国大部分高速铁路供电方式都采用法国模式。但是，在设备和技术上都处于对国外技术和设备的吸收、借鉴阶段。从实际操作的角度来看，中国提出了适合中国国情的馈线保护措施。在中国，计算机馈线保护一般分为初级保护和备份保护。牵引变压器的保护一般使用差动保护，低压过电流保护，过载信号，外壳和气体保护。1.3 本文完成的主要工作区别于传统高速铁路，电力在被获取后会实现电压的转换，变成适合机车的电压。然后由这部分变电提供回路的牵引用电，为电力机车提供动力。电气化铁路的核心基础是利用电力牵引技术，通过对现代通信技术、电子技术、计算机技术、冶金技术和自动化技术的联合运用，实现高速，高效，安全的电气化铁路。作为新世纪铁路发展的主流，电气化铁路具有航空、陆地等多项交通运输都无法比拟的优势，而高速铁路又是电气化铁路的先驱者，如何做好“高速铁路AT供电系统的保护配置与整定”就需要我们从基础做起，做到以下方面：（1）充分了解高速铁路现有的各种供电方式，能通过分析指出AT供电方式的特点与优势。（2）熟悉网络阻抗的原理、探析其发生的原因。（3）把握供电方式与接线方法。研究和对单项接线牵引变压器、VV接线牵引变压器、YNdIl接线牵引变压器、斯科特变压器的分析。（4）研究继电保护配置与整定，牵引主变保护及其整定、馈线保护及其整定、以及高速铁路AT供电系统的保护整定实例。2AT供电方式2.1 牵引供电系统和其它供电方式1 .1.1牵引供电系统概述电力牵引供电系统指的是先从主电源系统或电力系统接收所需的电能，然后对之加以转化，相变或换向（电源频率交流电转换成之后提供所需的电流系统电源到电力机车负载低频交流电流或直流电压），并完成牵引电力传输，配电等功能的完整体系。牵引供电系统的性能直接影响列车的牵引功率和牵引驱动控制系统的性能。在电力牵引的区段内，牵引供电是否可靠，关乎铁路运输是否可靠，牵引供电系统若因故障停止运转，那么系统所覆盖的铁路其运作也就会完全陷入瘫痪之中，给铁路交通带来麻烦和混乱，同时也会给国有经济带来巨大的损失。为了消除这个隐患，铁路电力牵引供电设计规范（TB10009-2005）规定电力牵引必须作为核心负载，牵引变电所应设置至少两个电源以满足用电需求。当其中一个电源发生故障时，另外的通道仍然可以正常供电。两个电源通常来自电力系统中的不同变电站（或发电厂）。这也符合铁路系统故障导向安全的总体要求。如果当地经济困难或者受自然条件因素的制约比较大，可同时采用来自同一所变电站的不同回路。此外，确定牵引供电模式之前，必须着重检验电源是否可靠、电源容量是否足够，牵引变电所输入线的电源电压电平是否控制为HOkV或22OkV，满足基本要求后再来衡量是否能带来最大的经济效益，2 .1.2其它供电方式简述目前，可以普遍运用在AC牵引供电系统中的电源模式主要有四种类型：直接供电模式，BT（吸变压器）供电模式，AT（自耦变压器）的电源模式和CC（同轴电缆）电源模式。综合考虑高速电气化铁路运营的需要后，确定AT电源模式为主要的应用，而用于各条线的类型则选择了对选择供电模式：AT和直接电源的组合。以下是对两个电源模式的方法的分别解释：（一）直接供电方式直接供电是最简单的供电方式，在轨道上自主运行的机车由其中一条接触网和一条钢轨直接构成一个闭合的环，不增设任何能减少通信干扰的应对措施。其优点是：供电方式简易，投资是最经济，牵引阻力小，和更少的能量损失。因为轨道和接地面不绝缘，再循环的一部分电流通过所述轨道最后到达地面，从而影响了通信线路。为了加大直接供电方式对防干扰的性能，使用直接供电，再加上再循环的线被用作DN电源。所谓DN供电方法包括一个接触网络，轨道，和被沿着线路竖立的负供给线NF。因为NF和铁路的并联连接的，在进行常规操作的轨道有一部分负载电流被分流到NF,从而减少了流向大地的电流，有效避免了通信干扰,大幅度降低了钢轨电位以及再循环供给线的阻抗。此外，绝缘子一旦发生闪路情况，NF线可以立即回归短路电流，也就是所谓的保护线的特性。直接供电方式如图2-1所示：接供电（一）BT供电方式牵引网络中的吸入变压器-返回线路装置的供电模式被应用在BT供电模式中。BT全称BOOSterTranSfOrmer。吸气变压器的比例为1：1,并且在接触网中有一个串联的初级绕组。次级绕组在返回线路中串联连接（特别是牵引电流回流到牵引变电所）。BT供电方式如图2-2所示：2-2R BT供电方式示意图（二）CC供电方式CC供电方式，COaXiaICabIe是它的全称。它被定义为沿电气化铁路安装的同轴电源线。所述电缆的内导体和接触的悬架被连接到彼此，并且在正供给线上,与外导体，和轨道相连接，作为一个非正向的回应线。每间隔一段距离通常会设置成一个供电分区。该供电方式具有结构简单、使用方便的优点，所以通常在距离长，面积大的隧道中使用广泛。缺点是电缆造价昂贵，所以，投入比较大。（三）各种供电方式首先，供电系统的快速、电流的大容量、质量的优质，是实现高速电力牵引的硬性要求。其次，减少电分相和电分段的数量也是一个重要的发展目标。BT供电方式在防干扰性能方面虽然有着优越的表现，但其在供电时也存在着很大的隐患和弊端。比如在接触网导线中串入吸流变压器的时候,会伴随出现火花间隙,从而将供电臂的接触导线截断成很多段，威胁高速列车的运行安全、降低高速列车的运行速度。并且，大阻抗的牵引网，小间距的变电所，数量众多的电分相也不适合高速电力牵引。直接供电方式虽然也存在牵引网阻抗大、变电所间距小、电分相数量多的问题，但直接供电方式牵引网结构简单，一些对于电磁干扰要求不高的地区可以采用这种方式网。2.2 AT供电方式AT供电方式是指AUto-TranSformer,即自耦变压器供电方式。它是一个连接到基本网络，轨道和正馈线的电力变压器。该供电方法包括接触网络，轨道，正馈线和自耦变压器，并且在正馈线和接触网络之间的10至15km的距离内集成到自耦变压器中。为了减少通信线路中存在的电磁干扰，可以使导轨与中心冲头相连接，另一方面使正馈线和接触悬架竖立在接触网柱的场侧。55kVAT电源模式首次应用于20世纪70年代的日本新干线。1980年在中国建成的京秦线模仿了这种模式。法国和苏联在很久以前就开始采用的2×27.5kVAT供电模式，随着最近几年高速铁路的发展，才慢慢在我国推广开来，并逐渐得到了广泛应用o相较之下，2x27.5kVAT模式的供电能力不如55kVAT模式的供电能力强。两种模式虽然在性能上存在一定差异，但两者在采用过程中所带来的改良性是差不多的，都表现为电源电压的加倍以及牵引网络阻抗的降低，在一定程度上增加了电源的距离，并且对通信有着类似的效果。2x27.5kVAT供电模式如图23所示,55KVAT供电模式如图2-4所示：在AT供电方法的实际生活应用之中，经常增加接地保护线PW(保护线)。在自耦变压器中，保护线连接到接触悬挂金属支撑件或双绝缘体的中心部分并连接到轨道，并且自动阻挡部分连接到轨道电路上的信号扼流线圈的中间。保护线的电位通常低于500V,并且牵引电流通常不流动。当绝缘体闪烁时，电流会出现短路现象，使得保护线充当回路，并且电流也不会经过没有信号的轨道电路，极大保障了信号电路实际操作的可靠性。除此之外，悬挂在接触网支柱顶部的保护线，发挥的作用相当于一条架空地线，屏蔽功能的增设不仅减少了对架空的通信线路的干扰，并且还具有防雷线的作用。采纳出电气接地，在轨道对地漏电阻和机车获取较大电流量的情况下，为了减小轨与轨之间的电位，还可以在AT的中间增加水平连接线CPW(ConnectorofProtectiveWire)部分，并连接RailS和保护线。在AT供电方式与变电站之间有着大间距。一方面，这可以减少电相分离的数目、降低牵引网络的阻抗、避免牵引网络的电压损失。另一方面，还提高了电源的品质，确保处于高速运行下的列车各方面的功能都能得到安全保障。针对每一种不同要求的电气化铁路系统，都有着与之高度匹配的电力系统的电源选择，这样高度的选择弹性，极大地减少了人为干扰，降低了工程造价。除此之外，AT供电在通信线路上的影响较小，这种程度相当于AT模式对到BT供电模式的作用。因此，AT电源模式是相较于高速电气化铁路牵引供电的最棒的选择。2.3 AT供电方式特点与优势(1)牵引供电具有供电容量大、供电距离长、兼容功能强大的特点，在保留原有电力机车的前提下,加大了供电电压,从而不仅使得输送功率得到了提高,还使得供电距离得到了延长。此外，AT是在牵引网内，从而降低了牵引网的阻抗，并且是有利于减少压力损失和能量损失有益平行。该电源具有的直接供电方式的170%至200%的电源的距离，并且特别适用于高速和重载用途叫(2)降低了电分相以及电分段的数量。AT供电模式下的供电距离比较长，使得对电分相和电分段的数量要求大大降低，更加有利于机车速度的提升。(3)有效的降低了对于通信的感应影响。假设机车电流是I,则Ar原边的电流为1/2,即牵引变压器次边为机车电流的二分之一。在纯粹理想条件下，流过T和AF的电流大小相等且方向相反，可有效地保护通信线路以免造成的影响。与BT的方法相比，在相同的机车电流情况下，变电站和AT最接近机车之间的电流，在接触网和正馈线电流的情况下是机车电流的二分之一。与通信线路上的干扰将大大减少。此外，机车当前的两个的AT之间的区段内，机车电流总是从两侧的左，右接触网在相反的方向供给，消除彼此的通信线路的干扰，并使得保护效果更好”叫(4)设计、施工、运营三方面的过程没有得到简化。理论上，AT供电回路中的电流分布非常复杂，所以给实际操作也带来了难度。当电力机车绘制在任何AT部分的电流时候，除了两个相邻的自耦变压器的电源电流，对电源臂其它自耦变压器也提供到机车局部电流。机车电流由通过在电源臂和所述线圈和轨道对地链电路所有自耦变压器的正供给线形成的盘绕电路的装置返回到变电站。这样的电流分布计算是困难的，并且通常由计算机计算。复杂的供电方式结构加剧了分析计算的难度，也加大了前期设计、中期施工和后期运营维护的成本。而与此同时，有关部门也在出台更为严格的工作标准，为运行效果提出了更高要求。相对于的电源模式的选择应通过比较技术和经济因素,例如铁路，电力系统,以及用于内部和外部的铁路通信线路的通信要求来确定。在正常情况下，应采用直接供电。在繁忙的中继线，重载区段部分或其中该铁路用电力系统的电力供给不足的部分，自耦变压器供电模式可以被采用，并且相同的电气化铁路的不同部分可以采用根据不同的电源模式具体条件来做出更加合适的选择。2.4 本章小结本章主要简要叙述了各种牵引供电方式的含义，原理。并着重对AT牵引供电方式进行了解析。以分析自耦变压器的供电方式为切入点，对比分析了它的优点。3牵引网阻抗计算3.1牵引网的阻抗AT自耦变压器的供电方式的牵引网的阻抗，这并不是一个相当均匀分布的参数，的电压，以悬链线的整体的计算包括AT网络阻抗的两个部分：长电路的阻抗和所述段中的列车的阻抗，也就是所谓的单元阻抗和的线性部分，当列车在AT段的中间时，发生的牵引网络阻抗的中间。上升量的一部分之中拥有各种类型的具有不同结构的牵引网，它的阻抗值将随之改变。关于牵引网的电阻，以下着重讨论了接触网、钢轨以及大地的电阻。(1)有色金属的电阻非铁金属线的单位长度的直流电阻，可以计算如公式3T所示：式中，P导线的电阻率，。mm2/km；S导线载流部分的标称载面积，mm2o在一个单一的工频交流电源系统，牵引网络是工频交流电流，交流电阻比直流电阻稍大，就是由于趋肤效应。因此，使用公式时，在代替金属丝材料的标准电阻之中，使用了略有增加计算值。(2)铁磁材料的电阻既有钢绞线也有导轨铁磁材料。当铁磁材料的导体中流过是的交流电流时，除了集肤效应，仍然有一个滞后损耗，这也增加了导体的电阻。然而，由于铁磁材料的磁导率和有它相关的流过它的电流的幅度有联系，它是复杂的不容易精确地确定其电阻。因此，在工程计算，电阻值也直接从相关的手册中找到。(3)大地的电阻在我国的牵引供电系统是单相的供电，导电回路通过导轨和地线流回牵引变电所。然而，在地球上的当前分布是复杂的。土壤的电阻率，当前频率和其他因素都与它有关。其阻抗很难准确计算。多年来，许多人在理论分析和实验确定方面做了大量工作。实践证明，采用CarISSon公式可以很容易地解决地球的阻抗问题，满足精度要求。对于单导线以地作为回路的交流通路，可以用一个虚构的“导线一地”回路来代替，所谓“导线一地”回路是指理想化的简单情形，导线1距地面高度H,导线平直，长度无线；大地地面平坦，且尺寸无限，其大地电导率分布均匀。此时电流从一端流入导线，沿着导线另一端由大地流回，导线与位于地下的虚构导线的轴线间的距离。“导线一地”回路的等效深度，它的值与地电导率和电流的频率因素有关。根据卡尔松的推导，可以用公式3-2来计算：_2.0851八-3（Dg=I910（加（3-2）Vf6XW9其中f电流的频率，Hz；6大地的电导率，（Ccm）10在交流电气化区段中，牵引网单位阻抗的实用计算方法，是把牵引网看成由几个“接触导线一地”回路和“钢轨一地”回路所构成的电路，然后计算牵引网的阻抗。实际情况是牵引电流通过馈线和牵引变电所的接触网络馈送到电力机车，然后电流沿着轨道，地线（和返回线路）流回牵引变电所，从而形成两个回路，即接触导线一钢轨回路和接触导线一地电路并联连接。但是，在现实生活中，上述两个循环的等价物相当于接触导线一地循环和钢轨一地循环口3。3.2单线区段牵引网阻抗在单线电气化区段，接触网的悬挂主要有简单悬挂、链形悬挂、有加强线的单链形悬挂。虽然形式不同，但是分析和计算时都可以将之归结为“接触导线一地”环路和“钢轨一地”环路模型，并计算其自阻抗和互阻抗。1 .简单悬挂牵引网阻抗单线牵引网采用的简单悬挂。接触网只有一条接触导线，它同大地构成一条“接触导线一地”回路，钢轨有两条，构成两条“钢轨一地”回路，因此，计算时，首先要求得“接触导线一地”回路的自阻抗，然后把两条“钢轨一地”回路归算成一条等值“钢轨一地”回路，并求得其自阻抗，最后再求得“接触导线一地”回路和等值“钢轨一地”回路的互阻抗。3-1简单悬挂示意图2 .链形悬挂牵引网阻抗单线牵引网采用的单链形悬挂，其结构包含接触线、承力索。比简单悬挂多了一条承力索。因此“接触网一地”回路由“接触导线一地”回路和“承力索一地”回路并联而成。首先要求得“接触网一地”回路的自阻抗和等值“钢轨一地回路”的自阻抗，然后求得它们的互阻抗，最后再求单位阻抗。3 .有加强线的单链形悬挂牵引网阻抗单线牵引网使用带有加强线的单链悬挂图，加强线安装在轴承电缆位置。加固线和地线形成加强线一地电路。因此，“接触网一地”回路由“接触导线一地”回路、“承力索一地”回路和“加强线一地”回路并联而成，需要将它们归算为“接触网一地”回路，求得“接触网一地”回路的自阻抗和等值“钢轨一地”回路的自阻抗，然后求得它们的互阻抗，最后再求单位阻抗。1)“接触网一地”回路的自阻抗“接触导线一地”环路、“承力索一地”环路与“加强线一地”环路各自具有不相同自阻抗，并且三个环路具有互阻抗。“加强线一地”回路的自阻抗如公式3-3所示：Zq=rq+0.05+0.145Ig(/km)(3_3)式中，rq加强的有效电阻，km;RfQ加强线的等效半径，mmO（2）获得“接触导线一地”环路和“承力索一地”环路的自阻抗公式。（3）接触网的三个“导师一地”回路的互阻抗如3-4所示：Dz.=0.05+/0.145IgNg/痴）JeeIJd（3-4）Jeq其中djeq为接触网三条导线间的几何平均距离，即公式3-5：d.=Ad.d.dCJeqNJCJqCq式中，djq接触线与加强线的中心距离；djc接触线与承力索的中心距离；dcq承力索与加强线的中心距离。3. 3本章小结本章主要通过对牵引网牵引阻抗的简单公式的初步了解，对阻抗含义进行简单的剖析，对AT供电牵引供电系统的保护配置及其整定打下良好的了解及其运算基础。A4AT供电牵b11引变压器接线方式研4.1单相接线a<WV>b究l牵引变压器4.1.1单相接的原理供电臂线牵引变压器轨道单相接线的牵引变压器的原始的一边只能允许介入到三项电力系统的两相，接下来，第一级的一侧的一端连接到牵引侧的一侧。另一侧连接到导轨和接地网。牵引变电所的两个电源臂由相同的相，供电，牵引负载是相对于电力系统的纯单向负载。它的工作方式与典型的单相电力变压器相同。然而，在普通单相电力变压器的初级侧的两端，一端连接到高压。另一端接地或连接到中性点，因此只需要分级绝缘。高压连接到单相牵引变压器的高压绕组。因此它在两端具有相同的绝缘要求。使用了全绝缘的结构。所谓牵引的变压器容量的利用率和不对称系数是牵引变压器的十分重要的指标。牵引变压器的最大输出容量和它的额定容量的比值是牵引变压器的容量利用率。单相的变压器可以向负荷提供最大为/=的电流，那么它的输出容量和额定容量相等。所以单相接线牵引变压器的利用效率可以达到100%；4. 1.2单相接线的供电方式在单相牵引变电所中，两个变压器并联连接，相同的两相通过两个变压器的高压绕组连接。牵引侧的母线通过低压绕组的一端连接。上行链路和下行链路联系网络是连接的。因此，直接连接在牵引变电所中的两个电源臂同相，由绝缘体隔开。这不仅提高了电源的灵活性，还降低了故障期间的断电程度。另一边的连接钢轨与接地网被低压绕组连接。单相接线变压器原理如图4-1所示：4-1单相接线变压器原理图在AT电源模式，则使用二次绕组的单相牵引变压器的中心抽头。变压器的初级侧连接到电力系统的两个阶段。两套55KV牵引母线分别连接到次级侧。牵引总线由馈线到电源臂供电。次级侧的绕组的中心抽头连接到使用N母线轨道。并配有放接地。所以，可以洗节省变电所中的AT,而且能增大供电利用率。4.1.3单相接线牵引变压器不对称度计算三相电流很容易被分解为正序分量、负序分量、零序分量。则如公式4-1所示： 1I3+al/IC) 1(4-1)IA+a"1B+aI 1IoFIA+中1)对于单相负荷来说,则如公式4-2所示：IrI(4-2)I-IIc=°对于不对称度单相负荷造成的使用电流的不对称度来显示。如果牵引变压器的初级侧是三相对称。两个供电臂的次级侧的电源因素相同，则公式4-3为：则单相接线变压器的电流不对称度为公式4-4：IK=2X100%=100%1A可以看出的是，单相接线变压器的单相负载是在引起电力系统正和反向电流相等。电流的部队称度是百分之一百。4.2VV接线牵引变压器4.2.1单相VV接线牵引变压器原理两个单相变压器的高电压侧连接分别使用不同相的电源。连接相A和相C,并将另一端连接到另一阶段。连接C相。如此变压器的高压一侧如同一个V字。两个变压器的低电压侧连接到相应的各自对应的电源臂,并且在连接到所述导轨的返回的返回线上，在此刻，低压侧也像一个V形。因此这种接线变压器被叫做单相VV接线变压器。单相VV接线变压器如图4-2所示：4.2.2单相VV接线的供电方式单相VX布线被应用于在AT牵引模式电源供电方式之中。有两个单相变压器具有二次侧中点抽头的，在单相VX布线变电站中分布。变压器的初级侧，端线分别连接到三相电力系统的三个相之中，和两组55千伏牵引母线分别由次级侧的，端线路连接，然后连接各自的馈电线供给臂通过再循环反应线。两个变压器的次级侧中点抽头是经由母线和轨道连接的，并经放电器接地。单相VX接线供电如图4-3所示：4-3单相VX接线供电4.2.3单相VV牵引变压器的不对称计算变压器一、二次电流关系为公式4-5所示：(4-5)将/力、/、代入上式，求得下式4-6：(4-6)(4-7)(4-8)Iao=O电流不对称度为式4-7：IJi2+i2r-Iir4=上X100%=-工×100%1 h4÷I令n=3/Ia,代入47式得出式48：K.=+x00%1 1+n4. 2.4单相Vv接线的优缺点变电所从两相取电是单相VV接线的作用，不对称程度由此明显下降。但是为了达到三相对称的目的，变电所相互之间仍然需要采用换相连接。单相Vv接线变压器能够根据两个供电臂的负荷轻重，分别选择所述两个单相变压器的容量。产能利用率可达到100%。由于在变电站中的单相VV布线的布线模式中，设备是不麻烦的，简单，且输入是小的。然而，正常工作时，两个单相变压器需要被放入其中，当使用固定设备的时候，仍然需要设置两个附加的变压器进行备份，这就需要大量的空间。4.3YNd11接线牵引变压器三相牵引变电所是指使用了三相YNdII接线的牵引变电器的变电所。我们国家的电气化铁道使用最多的一种变电所是三相牵引变电所。油被风侵入可以冷却的变压器被使用。该连接单位不被允许使用YNdll布线方法。大电流的接地方式被是在刚开始的一侧上的中性点使用。它属于三相-两相体系，这意味着，在初级侧使用的IlOkV或220千伏的三相，电压。在次级侧，电力供应到两个单相电源臂。其母线的额定电压是27.5kV,这是比牵引网络的标准的网络电压还要高出10%。移动备用与固定备用是备用方式,在生活中大多采用固定备用方式。三相YNdll牵引变压器的展开图如图4-4所示：4-4三相YNdIl牵引变压器的展开图4.3.1三相牵引变压器原理该YNdlI布线方法由三相牵引变压器使用。变压器的初级侧连接成为一个星型，和隔离开关非间接接地是中性点。通常，隔离开关被断开，并且当所述变压器被断电，才能有很短的时间被关闭。连接到次级侧上的三角形，在低电压侧的一个角部连接到所述铁道和接地网，另两个角部被连接至27.5千伏的两相母线。供电臂作为电源则负责为两侧供电，两臂之间存在角度为60°的电压相位差。因此，变压器导线连接的两个相邻接触网段必须经过分相器的处理才能正常使用。负载绕组由ax和cz的次级绕组构成;自由相绕组是by绕组，大写字母是初级侧的符号，小写字母是次级绕组的符号。这样分开设置，目的是使操作起来更能加直观。以原边、副边对应的绕组相互平行为目的，统一规定副边绕组的C端子连接钢轨与接地网。除此之外，原边、副边每相绕组的同名端都画在同一侧。4.3.2三相牵引变压器绕组的电流分布以求解三相牵引变压器绕组的电流为目的，第一步是要在展开图上表明电压电流的方向。在标注方向的时候，要按照电压电流的规格化方向，是变压器原边绕组的电压、电流使用的电动机惯例定向。即牵引变压器吸收电来自电力系统；非主边绕组电压、电流使用发电机惯例定向。牵引变压器成为次边负荷的电源；从电源吸收正功率的是假定负荷。大写的下标是一次侧的电气量，如果假设两供电臂负载相同并且是感性负载，则供电臂电流分别滞后对应电压0角，两供电臂电流之间的夹角是120ot,°lo假设电力系统的三相电压正序对称，阻抗平衡，将电力系统的电源电压与短路阻抗、牵引变压器的绕组漏抗归算到二次侧，得到的是牵引变压器的等效电路。根据叠加原理求解，能够得到次级侧的三相绕组电流/秘、lab、ca与电源臂电流之间的/八/方的关系如式4-9所示："2-1lre-12la3-1-1JUd9)以/a为基准量，则/a = 则上式可以变为式4-10：/,由于乙比乙滞后120°,所以乙=/CL。(4-10)由式4T0可以看到，臂绕组电流4a=IbC=FI=°882,其中I为供电臂电流，或者供电臂电流是臂绕组电流的L13倍。臂绕组电流Iab=詈=0378乙=O.378Zz,co可见臂绕组Ca和be的电流比绕组ab要大的多。因此，习惯上称臂绕组ca、be称重负荷臂绕组，绕组ab称为轻负荷臂绕组。4.4斯科特接线牵引压器一般来说，电气化铁路牵引负荷在实现正常运行后，是不会产生零序分量的。但是，由于它具有单相供电的特点，所以在牵引供电过程中会产生一定的负序分量。与此同时，铁路牵引负荷虽然处于平衡的状态，但总体看上去并不对称。在具体操作中，如果不能合理地消除电力系统中的这些不对称性，不但变压器会受到影响，电动机乃至整流设备也将在工作中出现极大的误差。此外，改变牵引变电所换接顺序，制造特殊的三相-两相平衡变压器也不失为行之有效的方法。而相对于三相的系统，如果三相电气相量的大小是相等的，相位差互相差120°,那么这就是对称的三相系统。相对于两相的系统，假设两相电气相量的大小是一样的，彼此的相位差互相差90°,那么这个系统是对称的两相体系。假设设计制造这种变压器，它的原边是对称的原边，同样，副边也是对称的两相的系统。如此，这整个系统就是对称的系统。根据这个原理设计制造了斯科特变压器。4.4.1斯科特接线变压器原理斯科特变压器，能够当做两个单相变压器按照一定接线方式连接而成。一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，被称作M座的变压器，其绕组一次侧绕组匝数是八，二次侧绕组的匝数是吠2。第二台单相变压器是T座变压器，它的一次侧绕组由一端引出，接到三相电力系统的一相，而另外一边连接M座的变压器一次侧绕组的中点Oo它的一次侧绕组匝数是斗3它的二次侧绕组和M座变压