AT供电方式在电气化铁路中的应用

AT供电方式在电气化铁路中的应用
【摘要】电气化铁道在国民经济飞速增长中发挥着越来越重要的作用，其AT供电方式已经成为高速、准高速及重载线路建设的主要方向。

AT供电方式供电电压比直供方式高一倍，电压损失降为1/4，防干扰效果好，扩大了牵引变电所间隔，自耦变压器并联于接触网上，不需增设分段点。

【关键词】自耦变压器；供电方式；特点；原理
我国电气化铁道采用单相工频25Kv交流制，由于单相大电流在线路周围空间产生较强电磁场，是临近通信广播设备等产生杂音干扰和感应电压。

为减少电气化铁道对沿线通信设备的干扰，保障其设备、人身安全及正常工作，在牵引供电系统中采取了许多干扰措施，形成了不同的供电方式。

目前我国的牵引供电方式主要有四种：直接供电方式、BT供电方式、直供加回流线供电方式、AT供电方式。

AT供电方式又称自耦变压器供电方式。

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吸流变压器一回流线电路。

为了克服高速、大功率机车在这种电路中通过吸流变压器分段时，在受电弓上产生强烈电弧的缺点，后来发展了一种新的牵引网供电方式—AT供电方式。

随着对外开放和引进国外先进技术，电气化铁道在国民经济飞速增长中发挥着越来越重要的作用，我国逐渐在新建电气化铁道上采用了AT供电方式。

在AT牵引变电所中，牵引变压器将110Kv三相电降压至55Kv，然后经自耦变压器两端分别接到接触网和正馈线上，自耦变压器中心抽头与钢轨相连。

则钢轨与接触网间的电压正好是自耦变压器两端电压的一半25Kv，与正常接触网电压相同。

在AT供电方式区段，与接触网同杆架设在田野侧的还有一条保护线，它相当于架空地线，在自耦变压器处保护线接接触悬挂接地部分或双重绝缘子中部同钢轨连接。

保护线电位一般在500V以下，正常情况下无电流通过。

当绝缘子发生闪络时，短路电流可通过保护线作为回路，减少了对铁路信号轨道电路的干扰。

同时对接触网其屏蔽作用，也减少了对架空通信线路的干扰，另外起避雷线的作用，雷电可以通过接在保护线上的放电器入地。

横向连接线将钢轨与保护线并联，其目的是在钢轨对地泄漏电阻和机车取流较大时，降低钢轨电位。

1 AT供电方式（自耦变压器）特点
1）2×27.5Kv系统，供电电压比直供方式高一倍，电压损失降为1/4，牵引网单位阻抗约为直供方式的1/4（实际略高），电能损失小，显示了良好的供电特性；
2）牵引变电所的间距大，易选址，减少了外部电源的工程数量和投资；
3）减少了电分相数量，有利于列车的高速运行；
4）牵引网回路是平衡回路，防干扰效果好，可改善电磁环境，并减少防干扰费用；
5）牵引网系统需设正馈线，较一般直供方式复杂，但在重负荷区段不必设加强导线，可与直供方式相当；变电系统较直供方式减少了牵引变电所的数量，但需设AT所，一般AT所间距为10-20km，开关设备需用双极隔离开关；
6）牵引网结构复杂，附加导线数量多，对跨线建筑物和隧道净空要求高，投资较大，保护和维护难度较大。

2 AT供电方式（自耦变压器供电方式）原理图
AT1、AT2为自耦变压器，变比为2：1。

其一端与接触网连接，另一端与正馈线连接，中点接入轨道。

正馈线沿供电分区架设，与回流线相似。

无论在结构上还是在功能上，AT供电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。

另外，将自耦变压器并入电路，在结构上消除了接触网中的吸流变压器分段。

自耦变压器原边绕组接人的电源电压为2×27.5Kv；副边绕组接负载，电压为27.5Kv。

相邻两台自耦变压器之间的距离称为自耦变压器间隔（或称自耦变压器段），其长度一般为10km左右。

实际的AT所间隔按对通信线防干扰及牵引供电的要求计算确定。

图1
AT.单相自耦变压器；PW.保护线；AF.正馈线；T.接触网；R.钢轨；CPW.横向连接线；G.放电器
1）设自耦变压器阻抗为零（理想变压器），牵引列车运行的电力机车位于AT2处，电力机车电流为I。

由于自耦变压器阻抗为零，则AT1副边回路被AT2旁路，电流流人AT2副边绕组W2。

在AT2原边绕组中感应出电流，该电流由牵引变电所沿接触网流出，沿正馈线流回牵引变电所。

轨道中电流为零。

由于接触网和正馈线中的电流大小近似相等，方向相反，两者之间的距离也相对很小，两者的交变磁场基本上可相互平衡（抵消），所以显著地减弱了接触网和正馈线周围空间的交变磁场，使牵引电流对邻近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。

2）实际上，AT变压器存在着很小的阻抗，因此在全供电臂内将有部分牵引电流流经轨道、大地返回变电所。

这是因为，像一般电路中一样，牵引网电路中的电流是按电路阻抗分配的，当电力机车在供电分区运行时，在全供电臂内都有电流沿各支路，包括轨道、大地流行，并进入所有的AT所。

所以供电方式的防干扰效果，即使电力机车位于AT变压器处，也不像上述那样理想。

不过，流经轨道、大地返回变电所的电流极小，故对邻近通信线的电磁感应影响很小。

这部
分影响称为“长回路”感应影响。

3）当牵引列车运行的电力机车位于两台AT所之间时，也产生牵引电流流入轨道、大地的情况，如图2所示。

图中，由于AT1和AT2的副边回路中都引入了阻抗，其数值分别与电力机车至AT1、AT2的距离L1、L2成正比，而电力机车电流在轨道、大地中的分路电流I1、I2的数值分别与两分路的阻抗成反比，所以两分路电流、可用下式表示：
图2
按图中情形，两分路电流在流向AT1、AT2时都有一部分流入大地。

不过，由于电磁感应影响同电流与通信线平行长度的乘积成正比，将上式的第一式乘L1、第二式乘L2，可得I1 L1=I2L2。

所以在和两个长度内的电磁感应影响大小相等而方向相反，对平行长度延及这个AT段全长的通信线不产生电磁感应干扰影响。

AT供电方式不但是电气化铁路减轻对邻近通信线路的干扰影响的有效措施之一，还大大降低了牵引网中的电压损失，从而扩大了牵引变电所间隔，减少了牵引变电所的数目，提高了供电质量，减少了投资。

自耦变压器并联于接触网上，不需增设分段点，能适应高速、大功率电力机车运行。

但由于必须在沿线安设电压较高、容量较大的自耦变压器，牵引网设备的投资须相应增加。

所以我国在秦皇岛—沈阳客运专线、大秦线，哈大客运专线以及长春—吉林等均采用了AT供电方式。

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