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雷火电竞体彩app下载平台:第四节 吸流变压器供电方式

发布时间: 2022-03-13 14:49:17 来源:雷火电竞体彩app下载平台 作者:雷火电竞竞猜

  电气化铁道采用吸流变压器(boosting transformer) ,可大大减少对通信线路的影响, 我们习惯上称这种供电方式为吸流变压器供电方式,简称 BT 方式。它是在牵引网中,每 相距 1.5km~4km 间隔,设置一台变比为 1:1 的吸流变压器,其一次线圈串接入接触网中; 二次线圈串接在回流线中(即吸流变压器—回流线方式,简称吸—回方式),如图 2-4-1(a) 所示,或串接在轨道中(即吸流变压器—轨道方式,简称吸—轨方式),如图 2-4-1(b)所示。 在吸—回方式中,通常在两吸流变压器之间装设吸上线,吸上线将轨道与回流线连接 起来,以提供机车电流从轨道流向回流线的通道。两吸上线间称为吸流变压器段。 回流线通常就悬挂在铁路沿线的接触网支柱外侧的横担上。

  (a)吸—回方式 图 2—4----1 l 一吸流变压器 2—接触网 3 一回流线

  采用吸—回方式的 BT 工作原理简图如图 2-4-2 所示。 此时, 电力机车恰巧位于吸上线 处。 首先,假设吸流变压器为理想变压器(图 2-4-2a) ,则当牵引电流 I j 流经吸流变压器 原边时,即变压器一次侧电流 I 1 = I j ,在吸流变压器作用下,吸流变压器次边(即回流线 与 I j 大小相等、方向相反。回流线与接触网产生的交变磁场互相平衡(抵 消) 。在节点 A 处,据基尔霍夫电流定律,轨道和大地电流 I g = 0 。 实际上(图 2-4-2b) ,吸流变压器原、副边电流只是近似相等, I 2 与 I 1 的差别在于

  I 1 中含有吸流变压器的激磁电流 I 0 ,在节点 A 处,据基尔霍夫电流定律,轨道和大地电流

  (b)BT 为实际变压器 BT 供电方式简单原理电路图 4—吸流变压器 5—吸上线—回流线

  可见,采用吸流变压器后, 只有吸流变压器原边的激磁电流流经轨道和大地, 但这个电 流数量很小。因此,采用 BT 供电方式可以极大地减弱牵引网周围的磁场,从而使电气化铁 道对邻近通信线的影响大大降低。 吸—轨方式需要在吸流变压器处作绝缘轨缝将轨道进行绝缘分段。 依靠吸流变压器的作 用, 使绝大部分回归电流经由轨道和吸流变压器二次线圈流回牵引变电所。 与吸—回方式相 比,吸—轨方式造价要低些,对接触网的运行维护也比较有利,对于地形十分困难,或穿越 长大隧道的电气化区段是有意义的(利用轨道作回流线,可避免回流线穿越隧道或在隧道内 下锚)。但是,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 器一回流线的效果良好, 对邻近通信线路的防护效果要差些。 而且在绝缘轨缝两侧的轨端之 间可能出现数百伏的电压,对线路维护人员的人身安全有一定威胁。为了解决这一矛盾,可 在吸流变压器处作两个绝缘轨缝,以加长带有不同电位的两段钢轨间的距离。此外,当列车 通过绝缘轨缝的整段时间内,吸流变压器由于副边线圈被短路而失去作用。 综合分析吸一回方式及吸—轨方式的性能、特点,我国的电气化铁路主要采用吸一回方 式。因此,本节就叙述吸一回方式。 一.吸一回方式在正常运行方式下对通信线路的感应 (一) 、长回路感应 所谓长回路指的是图 2-4-1(a)中除去有电力机车行驶的吸流变压器段外流有牵引电 流的牵引网部分。长回路的电磁感应主要包括以下三个部分: 1.接触网—回流线环路对通信线路的感应 由于接触网和回流线相对通信线路的距离不同,它们与通信线路间的互感系数也不 同,因此,即使它们的电流相等,也会在通信线路中感应电压,称之为接触网—回流线.接触网—回流线环路对钢轨的感应 由于接触网对钢轨和回流线对钢轨的距离往往不等,同样,接触网—回流线环路在钢 轨中产生感应电流,轨道中的感应电流对通信线路产生“二次感应”影响。 3.由 BT 励磁电流引起的感应 BT 的励磁电流 I 0 只在接触网中流过,则 I 0 会引起感应电压。在正常情况下,吸流变 压器的励磁电流约为其原边电流的 1%~2%; 但当 BT 在过负荷条件下运行时, 其励磁电流 百分值将急剧上升。 在长回路上, 上述三种因素对通信线的电磁感应影响, 约为直接供电方式下牵引网对 通信线%。 (二)“半段效应”引起的感应 、 图 2—4-3(a)中,电力机车运行于 BT 左侧半段,机车电流将经轨道与大地直接流回, 回流线 ab 段中没有电流,在接触网 ab 段的长度内等于没有防护。图 2—4-3(b)中,电力 机车运行于 BT 右侧半段,机车电流将经轨道与大地,然后经回流线流回,接触网在 cd 段 中没有电流,在回流线 cd 段的长度内等于没有防护。上述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。可见, 在有电力机车行驶的吸流变压器段,将存在“半段效应”引起的感应电

  假定接触网电流产生的感应电压为正,在 ab 段长度内,由“半段效应”引起的感应电压始 终为正;在 cd 段长度内,由“半段效应”引起的感应电压始终为负。当电力机车驶过吸流 变压器处时, “半段效应”影响发生正、负(或负、正)突变。 图 2-4-4 表示的是 “长回路”感应电压与“半段效应”引起的感应电压沿供电臂的分 布,图中 E1 为“长回路”感应电压, E 2 为正半段感应电压, E3 为负半段感应电压。

  当牵引网发生短路时, 由于吸流变压器原边绕组中通过的电流急剧增加, 铁芯严重饱和, 造成二次线圈电流不能和一次电流平衡, 吸一回装置的防护效果降低。 吸一回装置的防护效 果降低的程度与牵引网短路电流的大小有关。 短路电流越大, 吸流变压器铁芯的饱和程度越 深,吸一回装置的防护效果就越低。 二、进一步改善吸一回方式防护效果的措施 1.合理选择回流线在接触网支柱上的装设位置 ①当通信线架设在回流线的同侧时, 回流线与通信线间的互感比接触网与通信线间的互 感大,而接触网电流比回流线电流稍大。因此,两者对通信线的感应电势可以较好地抵消, 使“长回路”感应电势较小。当通信线和回流线分别架设在接触网两侧时,接触网和回流线 对通信线的感应电势不能充分抵消,使“长回路”感应影响显著增大。 ②为了尽量减小接触网、 回流线对通信线相对位置的差异所引起的环路影响, 应将回流 线与接触线的距离尽可能地缩小。 ③回流线至轨道的距离应等于或稍小于接触线至轨道的距离, 以减小轨道中的感应电流 对通信线的“二次感应”影响。或者为了减小吸一回装置的“长回路”感应影响,可适当调 整回流线的架设高度,使轨道的“二次感应”起着削弱对通信线感应影响的作用。例如,当 通信线和回流线分别在接触网两侧时, 宜将回流线架设得比接触线高一点, 使轨道中的感应 电流方向与回流线电流方向一致。 在具体工程中,为减少长回路感应电压可根据情况合理布置回流线位置,但应保证有 关规程规定的最小对地高度(一般对地悬挂点高度不得小于 6.5m)和一定的对接地体的绝 缘距离。 2.合理确定吸上线的安装位置 当吸上线设在两相邻 BT 的中间位置时, “半段效应”感应电压可因列车运行位置不同 而有正、负值。对通信线的最大综合感应电压则为“长回路”感应电压与其方向相同的“半 段效应”感应电压两者之和。如果能适当调整吸上线的安装位置,使与“长回路”感应电压 方向相同的“半段效应”电压得以减小,而与之方向相反的“半段效应”电压相应增大,就 可以减小对通信线的总感应电压而提高吸一回装置的防护效果。图 2-4-5 所示为供电臂只有

  一列车时,由于吸上线位置不同,对通信线的总感应电压的变化情形。由图可见,将供电臂 末端的几台吸流变压器的吸上线偏置于各吸流变压器工作范围的末端, 往往可使总的感应电 压得到减小。这一方法在供电臂较长的情况下效果较为明显,称之为“吸上线偏置”方式, 简称“偏置”方式。

  3.合理确定吸流变压器间的距离 BT 间的距离受到以下条件的控制: ①为满足防干扰要求的 BT 最大允许间距 l0允 。 ②根据 BT 额定参数和单位负载阻抗 z H 所决定的 BT 额定间距 l e

  式中, S e 为 BT 额定容量(kVA); I e 为 BT 额定电流(A); Z e 为 BT 的额定负载阻抗; z H 为 BT 单位负载阻抗( Ω / km ), 不同牵引网结构时 BT 的单位负载阻抗 z H 的值可查阅相关设计 手册。 ③根据实际负载电流大小,并考虑 BT 的电流和电压过载能力,所决定的 BT 电流允许 间距 l I允 和电压允许间距 lV允

  式中,I 为实际负载电流(A); k I 、 kV 分别为 BT 的电流、电压过载系数。 ④在有信号轨道电路的区段,BT 的间距一般不得小于 3km。 ⑤接触网锚段限制。 在受到上述条件控制的情况下, 应合理确定 BT 间的距离。 缩小 BT 间的距离, “半 可使 段效应”感应电压降低,但 BT 布置得过密,将恶化接触网的运行条件,增加电气化铁道的

  造价和运营费用。因此,合理的 BT 间的距离,应通过综合的技术经济比较来确定,其范围 一般为 1.5km~4km 左右。 在 BT 布置时,尚应注意在通信线路平行接近距离较近及列车电流较大的区段,BT 的 分布应密些,反之可加大 BT 间距。 4.合理选择 BT 的变比 现有 BT 励磁电流约为其一次电流的 1%~2%,因此副、原边绕组的电流比略小于 1, 但这种电流比并不是充分发挥 BT 供电方式防护效果 的理想电流比值。 BT 合理电流比与通 信线平行接近距离的关系曲线 所示。由 图可见,通信线和回流线在接触网的同侧或不同侧, BT 的合理电流比有很大变化。 在实际可能的通信线平 行接近距离条件下,对架空通信线来说,BT 的合理电 流比约在 0.95~0.96 之间。另外,对于轨道附近(至线m)的通信电缆来说,BT 的 合 理电流比约为 0.88(当回流线与通信电缆 在线(当回流线与通信电缆在线路 不同侧时)。

  图 2—4--6 线 a—通信线与回流线在线路不同侧 b—通信线与回流线在线路同侧 吸流变压器合理电流 与通信线平行接近距离的关系曲

  5.采用局部无防护的 BT 过补偿方式 这种方式是通过改变 BT 的变比, BT 副边绕组电流略大于原边绕组电流, 使 从而使 “长 回路”感应电压成为负值,即实现过补偿,以抵消局部无防护区段的正感应电压,达到降低 对通信线路的总感应电压影响。 同时, 这种方式还相应地减少了吸流变压器与回流线的数量 及工程投资, 对电气化铁路的运营和维护也是有利的。 在因线路条件限制必须采取局部无防 护区段时,最好采用过补偿的吸流变压器。 三、吸一回装置设备选择 1.吸流变压器 BT (1)BT 的负载阻抗 BT 的负载阻抗是确定 BT 需要容量的重要参数之一。 当供电臂仅有一个负载,且该负载位于 BT 处 A 点时(见图 2—4-7(a)) ,则 BT 的负 载阻抗达到最大值,即

  l 0 ——吸流变压器段长度(km) z h ——回流线的单位自阻抗( Ω / km )

  z hg ——回流线与等值轨道间的单位互阻抗( Ω / km ) z jh ——回流线与接触网间的单位互阻抗( Ω / km )

  但这种情形仅在很少场合短时出现。 当负载处于吸上线(b)),则 BT 的负载阻抗达到最小值,即

  显然,BT 一般是在最小负载阻抗情况下运行。因此,BT 的实际负载阻抗值取为

  当 BT 的实际负载阻抗 Z H 超过 BT 的额定负载阻抗 30%后,BT 的负载电流不得超过 BT 的额定电流值,所以负载阻抗 Z H 和负载电流 I j 的关系如下

  BT 的负载电流是确定 BT 需要容量的又一重要参数。单线区段 BT 的负载电流按表 2 —4 选用;双线区段按分开供电考虑,即与单线区段相同,将供电臂的区间数改为追踪间隔 数即可。

  式中, I j 为通过 BT 的负载电流(A); Z H 为 BT 的负载阻抗( Ω )。 国产新型 BT 的技术数据如表 2-5。 在具体选择 BT 的型号时,应考虑两个因素。首先,必须保证通过 BT 的计算负载电流 不大于其允许电流,其次,要满足其负载阻抗的条件。BT 容量不仅与负载电流而且与负载 阻抗有关。虽然 BT 的负载电流可能不超过其允许电流,但如果它的负载阻抗很大,则仍然 可能引起 BT 过载,使 BT 端电压升高,导致 BT 铁芯饱和,防护效果降低。适当选择 BT 间距与回流线型式,可以使 BT 的负载阻抗满足运行要求。例如,在负载与 BT 间距相同的 条件下, 采用裂相回流线可使 BT 容量减少 30%以上。 又如在供电臂末端区间或其他某些场 合,流过 BT 的电流可能远小于其额定电流,这时只要防护效果满足要求,允许适当增加 BT 的负载阻抗。BT 的最大允许负载阻抗 Z Hy 可按下式计算

  2.回流线 回流线截面和根数可按下述原则选定: ①回流线截面原则上不应小于同一区间接触悬挂的当量导电截面。例如,接触悬挂为

  ②由于电压补偿要求或希望降低 BT 负载阻抗等缘故需要采用裂相回流线时,同一地 段的回流线截面也可大于接触悬挂的截面,并采用 2 × LJ-185 铝绞线。应特别指出,由于 电流大而要求增设裂相回流线时,必须保证整个区段内各点截面(包括自回流线至 BT 的连 接导线)都不得小于接触网的总导电截面。在因电压补偿而要求采用裂相回流线时,则允许 对回流线至 BT 的连接线采用单根且小于接触网总导电截面的导线,但也要注意其允许载流 量不应小于实际可能流过的最大负载电流。 3.吸上线 吸上线在杆上的部分,一般采用 80 × 5 的扁钢沿接触网支柱引下,再用两根 80 × 5 的扁 钢分别与两条轨道焊接。 在有轨道电路的区段内, 吸上线应接到轨道电路的扼流变压器线(a)所示,因此吸上线应布置于扼流变压器线圈附近处。当吸上线不得不 离扼流变压器线圈较远(如在自动闭塞区段,当吸上线位于闭塞分区中间)时,可增设扼流线

  在车站范围内安装吸上线时, 至少应与正线和不少于一条到发线的牵引轨或扼流变压器 线圈中点连接。变电所所在车站的吸上线,其引接方式有以下几种情形: ①当两供电臂的回流线连接贯通时,吸上线可直接与变电所的专用岔线轨道连接。为 确保安全,吸上线应设两处,分别与两条牵引轨连接,每处的扁钢截面均应满足载流量要求

  (扁钢及圆钢载流量见表 2-6) 同时,轨道的轨缝应用电连接线连接。 。 ②当吸上线位置离变电所很近(数十米以内)时,吸上线可直接与变电所接地网相连,而 不必与较远的专用岔线轨道绕接。 ③为了减少变电所的地中电流,当变电所离吸上点较远时,也可采用架空回流的方式。 通常,回流线不连接贯通。此时,两供电臂的吸上线分别引接。与变电所专用岔线接近的吸 上点处, 除有一处吸上线与专用岔线轨道相连外, 另一处应与正线的牵引轨或扼流变压 器 线圈中点相连。 扁钢及圆钢持续载流量(A) 表 2-6

  回流线在变电所所在车站一般应贯通,变电 所出口处的吸上线必须加强。其数量应不少于两 根,且要考虑当一根吸上线切断后,其余吸上线 的导线截面仍能满足最大负荷的要求。 四、吸—回装置接入牵引网的方式 吸一回装置的接线 所示。 BT 的安装位置,首先应结合接触网锚段的分 布情况,将变压器台设在锚段关节内,并 将该锚段关节改为四跨电分段。BT 不应设在隧道 内或大桥上,以及容易遭到塌方落石等危 害的地方。变压器台一般为杆上式,也可采用高 图 2—4--9 BT 装置的主接线 基础型式。 BT的投入应在停电时进行。对于个别BT的退出;可在带电的情况下进行,此时应遵守 一定的操作程序。其顺序是,先合上接触网单级隔离开关GW4-35,再合上回流线,最后断开BT双极隔离开关GW4-35/600。 五、防护效果[2] 吸流变压器一回流线供电方式, 在供电臂的绝大部分, 回流线电流和接触网电流基本上 大小相等,方向相反。二者在通信线上产生电磁感应影响的抵消作用强,因此防护效果好。 为检验吸一回装置对通信线路的防护效果, 进行了多次现场实验。 现举其中一次实测结 果为例。试验区段供电臂全长 22.5km;安装了 6 台吸流变压器,其额定容量 200kVA,额定 电压 560V,额定电流 350A,变比 1:1,励磁电流小于 1%,短路电压 7.5%;吸流变压器间 距为 3km~4km,在间距的中部用吸上线将回流线 钢铝电车线 铝绞线,悬挂在接触网支柱外侧。钢轨型号为 P50。通信线 与接触网平行长度约为 21.5km,接近距离平均为 250m。实测结果如表 2-7、表 2—8 所

  由表中实测数据可知,对于硅二极管整流电力机车而言,吸一回装置投入运行比吸一 回装置解列在降低危险电压方面的效果为(0.00244)/(0.04430)=1/18.2; 在降低杂音电压方面 的效果为(0.0000822)/(0.00145)=1/17.6。从实验中还可以看出,交流牵引网对通信线的杂音 干扰电压与电力机车整流装置的类型关系很大。 整流回路中采用了晶闸管的电力机车牵引电 流波形比硅二极管整流的电力机车牵引电流波形畸变得更厉害,即谐波含量更大。因此,整 流回路中采用了晶闸管的电力机车(如 6G型)比硅二极管整流的电力机车(如SSl型、6Y2改硅 型)在相同的牵引电流条件下对通信线 倍。实验还证明,采用吸一 回装置后,沿铁路平行接近距离平均为 200m以远的通信线可以不采取改迁措施。 六、对牵引供电系统的影响

  在牵引网中加装吸流变压器—回流线, 牵引网阻抗将显著增大。 这是因为接触网—回流 线回路比通常牵引网阻抗要高, 加之吸流变压器是串在电路内。 所以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 BT 供电方式的牵引网阻抗大大地增加, 使得供电臂的电压损失和电能损失也相应 增加,因此严重恶化了牵引供电系统的供电质量。 为了改善供电臂电压水平, 除了适当缩短供电臂的长度、 增加变电所的数量和增设一条 与接触网并联的加强导线以外, 还可以结合吸—回装置的特点, 设法减小牵引网的单位阻抗。 比如说, 采用回流线裂相方式或增设串联电容补偿等。 这不仅是改善供电臂的电压水平的有 效方法,而且可以减小 BT 的需要容量。 另外,吸—回装置接入牵引网会对接触网运行产生不利影响。BT 的原边绕组是与接触 网串联的,以致每一 BT 原边绕组与一个电分段绝缘间隙并联。当牵引列车运行的电力机车 受电弓通过这些电分段绝缘间隙时,BT 原边绕组瞬时被短路。从而在 BT 的原边绕组中将 产生很高的自感电势, 并在电力机车受电弓与接触线间产生很强的电弧, 可能烧损接触线和 电力机车受电弓滑板。特别是在高速列车和大负荷电流条件下,这种损害更为严重。除此以 外,回流线的架设对接触网支柱容量增加了额外的要求。当由于地形条件所致,接触网支柱 需要在线路不同侧设置时,回流线还要跨越接触悬挂。所有这些情况,使接触网的运行条件 更加复杂,故障几率相应地增加。 总之,BT 供电方式虽然对邻近通信线防护是一种有效措施,但是对牵引供电系统的技 术经济指标有较大的不利影响。 只有在经过全面的技术经济比较后, 确认为利大于弊时才可 以采用。

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