电气化铁道牵引供电系统.

电力牵引供电系统

张丽

西南交通大学电气工程学院

牵引网供电方式

目前单相工频25kV 牵引网供电方式主要有:直接供电方式(TR BT(吸流变压器供电方式

带回流线的直接供电方式(TRNF

AT(自耦变压器供电方式

9高速铁路特点：具有行车速度高，机车功率大、取流大9BT 方式牵引网单位阻抗高，功率输送能力较弱9直接供电方式在负荷电流较大的情况下，对通讯线路干扰大，钢轨电位高的缺点更为突出

9技术上AT 和带回流线直供方式均能满足300km/b及以上高速牵引。两者相比，AT 供电方式更能适应大功率负荷的供电，同时由于电分相数目的减少。但AT 供电方式接触网结构复杂，供变电设施较多，运营维护难度较大。

高速铁路牵引供电方式应采用AT 供电方式或带回流线的直接供电方式

变压器接线型式

应用于直接供电方式的主要有：

单相接线、V/v接线、YNd11接线、三相/两相平衡接线(Scott接线、Wood-Bridge 接线等、阻抗匹配平衡接线

应用于AT 供电方式的主要有：

单相接线、V/X接线、三相/两相平衡接线(Scott接线、Wood-Bridge 接线等、十字交叉接线

牵引压器

目前，国外高速铁路牵引变压器多采用三相-两相平衡变压器、单相变压器。

意大利、新西兰采用单相接线牵引变压器法国TGV 采用单相和V/v接线变压器

日本东海道新干线采用Scott 接线

山阳新干线采用Modified-Woodbridge 接线变压器台湾高速铁路采用的是Le Blanc接线变压器

从广义的角度上讲，牵引变压器原次边之间除了有电压的变换外，还有电流和阻抗变换，可称为系统变换，如

. . . . A B C οαβ

⇔通过系统变换，可以获得一次侧的牵引变压器、牵引负荷的等值电路模型，或二次侧的电力系统、牵引变压器等值电路模型。这两个等值电路模型对于牵引供电系统的电气分析十分方便、有用，如用于电压损失，故障分析，电能计量，负序含量，谐波水平等计算。

应用于（带回流线）直接供电方式的变压器接线 A B C C T

应用于AT供电方式的变压器接线 A B A B C C T F A B C C T F C F

应用于AT供电方式的变压器接线A B C A B C b c’ c a’ a a b c a’ b’c’ C T F b’

带回流线的直接供电系统 ZC ⎡ ZN ⎢Z − Z NT ⎣ N 1 ZT ⎡⎤⎤⎢ I•N ⎥⎡ • 1 ⎤• IC =⎢I Z CT ⎥⎥ I • NS − Z ⎢ N ⎥⎣ ZTC Z NT −ZZ NT T⎦ NC ⎦ I T ⎣⎦ 1 IT • Z CN I•C • I TS 1 • I TS 2 • 1、长回路电流分配关系• − Z + Z − Z + Z N NT TC

NC • • • I I T = C I N + IT + IC = 0 Z N + ZT − 2Z NT • • • • • • • IC + • = + + Z N I N + Z NC Z I Z I Z I Z Z Z Z Z − + + − T T C NT T NT T TC TC NC NT I N • IN = Z N + ZT − 2Z NT IC

带回流线的直接供电系统ZC Z CT Z CN Z NT IC • 长回路单位长度牵引网阻抗ZN • Z• L '= IN ΔU C • • I C I NS • • • I Δ U T • • • • • I TS 1 • 2 • I TS ⎛⎞⎛⎞ Z = L • Δ U C = ⎜ Z C I C + Z NC I N + ZTC I T ⎟ − ⎜ Z N I N + Z NC I C + Z NT I T ⎟ 2、

长回路牵引网等值阻抗⎝I C ⎠⎝⎠ ZT • − Z N + Z NT − ZTC + Z NC • IT = IC Z N + ZT − 2Z NT • − ZT + Z NT + ZTC − Z NC • IN = IC Z N + ZT − 2Z NT • 带回流线的直接供电系统ZC N Z CN CT IC • • • • m Z T ] I I NS + ( mZ [ sZ N −ZmZTN −Z(s − Z ITN − mZT I TS 1 = m ( Z CT − Z NC I C ZT • • • NT N NS • IT • • I TS 1 • I TS 2 • • 3、短回路电流分配关系• m sZ N I NS + mZ NC I C + mZTN I TS 1 + ( s m − ms Z− TN I TS 2 • • • = mZT I TS 1 + ( s − m ZT I TS 2 + sZ NT I NS + mZ CT I C I C = − I TS 1 + I TS 2 I NS = − I TS 2 • • • • •

带回流线的直接供电系统ZC ZN Z CT Z CN Z NT IC IN • • • I NS • ZT IT I TS 1 m • I TS 2 s− m • I NS = − I TS 2 • • • m ( Z CT − Z NC + ZTN − ZT • =− IC sZ N − ( s − 2m ZT − 2mZTN s − m ZT − sZ N − m ( Z CT − Z NC − ZTN • ( I TS 1 = IC sZ N − ( s − 2m ZT − 2mZTN

AT(自耦变压器供电系统 TPS1 X X X X 25kV X X X X ATS X X ATS X X X ATSP X ATS X X ATS X X X TPS2 X ATS X X ATS X X X ATSP X ATS X X X TPS3 X X 25kV X X X X X X X 25kV X X X X X X X X X

AT供电系统计算 ZC Z CT ZT Z CF ZF Z TF 分析中假设： 1. 2. 3. Z AT = 0 IG = 0 Z CT = Z FT Z F = ZC ，

单线AT网络中的电流分布I 2 U1 • • IC 1 I • • IC 2 U2 • • IT 1 • • IT 2 • ′ U1 • • IF ′ U2 • I 2 x D l 长回路短回路