牵引网向电力机车的供电方式

铁道供电系统铁路发展的三个阶段：蒸汽机车—蒸汽牵引(煤)内燃机车—内燃牵引(柴油)电力机车—电力牵引(电能)电气化铁道供电系统原理图1—区域变电站或发电厂；2—三相交流高压输电线；3—牵引变电所；4—馈电线；5—接触网；6—轨道；7—回流线；8—分区所；9—电力机车；10—开闭所G123445679822310牵引网向电力机车的供电方式牵引变电所向接触网的供电方式1、直接供电(DirectFeed,DF)方式2、带回流线(Negativefeeder)的直接供电方式-DN供电方式3、吸流变压器(BoosterTransformer)供电方式-BT供电方式4、自耦变压器(AutoTransformer)供电方式-AT供电方式1、直接供电方式直接供电方式的简单原理电路图特点：结构简单，工程投资、运营成本和维修工作量小缺点：对邻近通信线路的干扰影响严重HIIGI2、DN供电方式带回流线的直接供电方式示意图RINITITRN接触网回流线轨道2、BT供电方式BT供电方式就是在牵引网中，每相距1.5～4km间隔，设置一台变比为1：1的吸流变压器，吸流变压器设在分段中央，其原边串入接触网，副边串入回流线或轨道中。（a）吸—回方式（b）吸—轨方式1—吸流变压器；2—接触网；3—回流线；4—吸上线；5—钢轨；6—牵引变电所；7—绝缘轨缝1112345611124567吸—回方式的简单原理电路图1—接触网；2—轨道；3—回流线；4—为吸流变压器；5—为吸上线，一端接回流线，另一端与轨道或吸流变压器线圈中点连接，以提供从电力机车到轨道的返回电流流到回流线中去的通路。121234551I2I这种装置的防护作用在于：把本来是尺寸很大的接触网—轨道大地回路改变成尺寸相对很小的接触网—回流线回路。当牵引电流流经吸流变压器原边时，副边在回流线中产生很大的互感电势。吸流变压器的作用也就是在接触网和回流线之间集中地加大互感。即：设吸流变压器原边电流为I1，匝数为ω1；副边电流I2，匝数为ω2。根据磁势平衡关系：I2ω2≈I1ω1又因为变比为1:1，则ω1=ω2，所以I2≈I1说明：采用吸流变后，只有变压器原边的激磁电流仍流经轨道和大地，且电流数量很小。如果不设吸流变，单凭接触网和回流线之间的分布互感，仅约10-20%牵引电流经回流线流回。同时回流线和接触网中的电流基本上大小相等，方向相反。两者的交变磁场基本上可互相平衡(抵消)。显著地减弱了接触网和回流线周围空间的交变磁场，使牵引电流在邻近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。缺点：1.电力机车处于吸流变压器附近时防护效果差。机车电流经轨道与大地，然后经回流线流回，接触网在a、b段中没有电流，而回流线中有电流，则在ab段的长度内等于没有防护。ab回流线cd中无电流，在接触网cd段的长度内等于没有防护。两种情形都使吸流变压器—回流线在半段长度里失去效用，这种现象叫做半段效应，失效区相当于分段长度之半。所以实际装置是在供电臂内设置长度不大的许多吸上分段，每个分段仅长2—4km，每个分段中央设置一台吸流变压器。分段以吸上线为界，吸上线一端接回流线，另一端焊入钢轨。cd按照这种安排，半段效应长度大大缩小，且只有处在一个分段中的机车的电流而不是牵引网总电流在该分段产生半段效应影响。2.使牵引网阻抗显著增大。接触网—回流线回路比通常牵引网阻抗要高。应用这种装置的牵引网，其阻抗等于接触网—回流线回路阻抗与吸流变压器短路阻抗之和。由于牵引网阻抗增高，有时可能必要缩短牵引变电所间的距离，或增设串联电容补偿，来保证牵引网电压水平。也可采用吸流变压器—轨道回路，将吸流变压器副边串在轨道中。但这种情形由于钢轨与地接触，仍有不少电流经钢轨流入地下，不如吸流变压器—回流线的效果好。3、AT供电方式日本铁路为防止通讯干扰，在实行交流电气化的前期，在牵引网中普遍应用了BT供电方式。但当高速、大功率机车在这种电路中通过吸流变压器分段时，在受电弓上会产生强烈电弧，极易烧损机车受电弓滑板和接触线，为了克服此缺点，后来发展了一种新的牵引网供电方式—自耦变压器供电方式。T—接触网；R—轨道；F—正馈线；AT—自耦变压器(2:1)AT供电方式：由接触网T、正馈线F、轨道大地系统R以及每隔一定距离的自耦变压器(AT)构成。AT并联于接触导线与正馈线之间，AT中点与钢轨相连。2W2W1W1WITRF2I2I1AT2ATUUI结构上：AT方式是用自耦变压器代替了吸流变压器，正馈线代替了回流线。自耦变压器是并入电路，这一改变，首先是消除了接触网中的吸流变压器分段。大部分回流流经正馈线，从而降低对邻近通信线的干扰。自耦变压器的工作原理：一次和二次回路共用部分绕组(n2部分)，而n1只有一次电流通过。n1n2I1=IHILULE1E2I2输入电压为输出电压的2倍，也就是说，通过自耦变压器可以输入较高的电压而得到机车所需的低电压。电流则相反，输入电流为输出电流的一半。从牵引变电所看，以两倍接触网电压沿线输送1/2I。送电电压加倍，送电电流减半，送电电路中的电压损失将降低为1/4。利用AT这个特点，可增大变电所间的距离和增大传输功率，减少牵引网损耗。缺点：必须在沿线安设电压较高、容量较大的自耦变压器，牵引网设备的投资相应增加。由于AT方式设备复杂，一次投资高、运营费用高、维护困难，特别在多隧道区段应用更为困难。BT方式由于其半段效应、接触网分段及牵引网阻抗大等弱点，对高速和重载行车的适应能力差。因此，采用直接供电加回流线(负馈线)。DN供电方式：由接触网、钢轨、沿全线架设的回流线(每隔3~5用P金属线和钢轨相连)组成。由于NF和钢轨并联连接，使得正常运行时钢轨中负荷电流的一部分分流到NF中去，因此，可以减少流入大地的电流，减轻对通讯的干扰危害，降低钢轨电位，减小馈电回路的阻抗。DN方式与AT、BT相比，其馈电回路和设备简单、投资省、运营维护方便。为了能取得最好的防干扰效果，则需研究回流线的空间布置(与接触网的磁耦合关系)和设法降低回流线—地、钢轨—地回路的阻抗，以提高回流率。回流率与各导线—地回路自阻抗以及各导线—地回路间的互阻抗有关，当回流率=1时，则接触网电流完全由回流网吸上，地中电流为零。