專利名稱：一種鐵路at供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)，尤其涉及一種鐵路AT供電裝置。
背景技術(shù)：
牽引供電系統(tǒng)是一種特殊的單相供電方式，目前世界上使用的牽引供電方式主要有直接供電方式和AT供電方式。傳統(tǒng)直接供電方式供電距離短、防通信干擾能力弱，已不能適應(yīng)高速、重載鐵路的發(fā)展要求。AT供電方式供電距離長、傳輸功率大、抗通信干擾能力強(qiáng)，是高速、重載鐵路發(fā)展的主要方向。 目前使用的AT供電方式主要有日本AT供電模式和法國AT供電模式。[0004] —、日本AT供電模式 日本AT供電模式的結(jié)構(gòu)日本模式為55kVAT供電系統(tǒng)，如圖1所示，牽引變電所的牽引變壓器次邊輸出55kV電壓，牽引變電所SS出口帶自耦變壓器ATSOl和ATS02。牽引變壓器次邊一個(gè)端口 Q2與出口自耦變壓器ATS01、ATS02的a端相連，牽引變壓器次邊另一端口 Ql與出口自耦變壓器ATSOl、 ATS02的b端相連。沿線布置的其他自耦變壓器(如圖1中的ATS1、ATS2、ATS3、ATS4)的a端與接觸網(wǎng)接觸線T連接，這些變壓器的中點(diǎn)o與鋼軌R連接，b端與接觸網(wǎng)負(fù)饋線F連接。[0006] 日本AT供電模式的工作原理[0007] 1)列車運(yùn)行在牽引變電所出口的第一個(gè)AT段 以列車運(yùn)行在第一個(gè)AT段(圖1中的ATS01-ATS3)為例，說明該供電模式的工作原理。列車電流的傳輸路徑的如圖l所示，列車總電流為i，其中k為列車電流在鋼軌R兩側(cè)的分配系數(shù)，該系數(shù)與列車位置有關(guān)，其值在O-l之間變化，當(dāng)列車位于自耦變壓器ATSOl時(shí)，k接近0，列車遠(yuǎn)離自耦變壓器ATS01，逐漸向自耦變壓器ATS3靠近時(shí)，k逐漸增加到1 ;由于列車位置的變化，自耦變壓器ATSOl到自耦變壓器ATS3之間的接觸線T電流、鋼軌R電流、負(fù)饋線F電流是變化的，其電流取值范圍分別為0-i、0-i、0-i ;牽引變壓器SS出口到接觸線T之間的電流、牽引變壓器SS出口到負(fù)饋線F之間的電流始終為列車電流i的一半即0. 5i，該電流也等于牽引變壓器SS次邊繞組流過的電流，決定了牽引變壓器SS的次邊繞組容量，牽引變壓器SS次邊繞組容量(55kVX0. 5i)等于負(fù)荷容量(27. 5kVXi)。[0009] 2)列車運(yùn)行在第一個(gè)AT段之外的AT段 以列車運(yùn)行在圖1中牽引變電所左側(cè)供電臂的ATS1-ATS2段為例，說明列車運(yùn)行在第一個(gè)AT段之外的原理。列車總電流為i，其中k為列車電流在鋼軌R兩側(cè)的分配系數(shù)，其值在O-l之間變化，當(dāng)列車位于自耦變壓器ATSl時(shí)，k接近l，列車遠(yuǎn)離自耦變壓器ATSl，逐漸向自耦變壓器ATS2靠近時(shí)，k逐漸減小到O。由于列車位置的變化，自耦變壓器ATS1到自耦變壓器ATS2之間的接觸線T電流、鋼軌R電流、負(fù)饋線F電流是變化的，其電流取值范圍分別為0-i、0-i、0-i ;ATS2到ATS02之間的接觸線T電流、負(fù)饋線F電流、牽引變壓器SS出口到接觸線T之間的電流、牽引變壓器SS出口到負(fù)饋線F之間的電流始終為列車電流i的一半0. 5i。 日本AT供電模式的優(yōu)點(diǎn)是1)牽引變壓器的次邊繞組容量等于負(fù)荷容量，與列車 位置的變化無關(guān)；2)列車在第一個(gè)AT段之外運(yùn)行時(shí)，第一個(gè)AT段的接觸線線路和負(fù)饋線 線路最大容量均為負(fù)荷容量的一半。但其不足是牽引變壓器出口帶有自耦變壓器，投資較 大。 二、法國AT供電模式 法國AT供電模式結(jié)構(gòu)如圖2所示。為2X27.5kV AT供電方式，牽引變壓器SS中 間抽頭，每相輸出3個(gè)端口，分別為Q1、Q2、Q3，端口 Ql和Q2之間的電壓為27. 5kV，端口 Q2 和Q3之間的電壓為27. 5kV，鋼軌通過N線連接到牽引變壓器中間抽頭端口 Q2，端口 Ql連 接到負(fù)饋線F，端口 Q3連接到接觸線T。 法國AT供電模式的工作原理該模式下，牽引變壓器SS次邊中間抽頭，次邊相當(dāng) 于共用一個(gè)端口的雙繞組；列車電流的傳輸主要由兩種路徑共同作用，其一是55kV的AT供 電傳輸路徑牽引變壓器次邊端口 93-列車_自耦變壓器-牽引變壓器SS次邊端口 Ql ;其 二是直接供電傳輸路徑牽引變壓器SS次邊端口 Q3-列車-牽引變壓器SS次邊端口 Q2構(gòu) 成的27. 5kV。法國AT供電模式是直接供電方式和AT供電方式的結(jié)合，列車電流在直接供 電傳輸路徑和AT供電傳輸路徑中的分配取決于這兩個(gè)路徑的阻抗關(guān)系。列車離牽引變電 所越近，直接供電傳輸路徑阻抗越小，流過直接供電傳輸路徑的電流就越大，整個(gè)供電系統(tǒng) 性能更接近直接供電系統(tǒng)的性能；當(dāng)列車遠(yuǎn)離牽引變電所時(shí)，直接供電傳輸路徑阻抗相對 于AT供電傳輸路徑阻抗增加快，流過AT供電傳輸路徑的電流增加，列車離牽引變電所越 遠(yuǎn)，整個(gè)供電系統(tǒng)性能越接近AT供電系統(tǒng)性能。 列車電流的傳輸過程如圖2所示，列車總電流為i，整個(gè)電流傳輸過程受系數(shù)k和 P共同影響，其中k為列車電流在直接供電傳輸路徑和AT供電傳輸路徑中的電流分配系數(shù)， 0《k < l，p為AT供電傳輸路徑中的電流向左右兩個(gè)自耦變電所的分流系數(shù)，O《p《1。 直接供電傳輸路徑的電流為(l-k)i，傳輸路徑如圖2中實(shí)線箭頭所示；AT供電傳輸路徑的 電流為k ，i，該電流按分配系數(shù)p向左右兩個(gè)自耦變電所分流，傳輸路徑如圖2中空心箭頭 所示。 列車位置與k的關(guān)系當(dāng)列車向牽引變電所SS出口靠近時(shí)，k逐漸減小到O，直接 供電傳輸路徑的電流逐漸增加，AT供電傳輸路徑電流減小，離牽引變電所SS越近，越接近 直接供電方式效果；列車遠(yuǎn)離牽引變電所SS出口時(shí)，k逐漸增加，直接供電傳輸路徑的電流 逐漸減小，AT供電傳輸路徑電流逐漸增加，離牽引變電所SS越遠(yuǎn)，越接近AT供電效果。列 車到達(dá)牽引變電所SS的供電臂末端時(shí)，k取得最大值，但由于直接供電傳輸路徑始終存在 分流，使得k達(dá)不到1。 列車位置與p的關(guān)系列車在兩個(gè)自耦變電器之間變時(shí)，p隨著列車距離自耦變電 所位置的變化而變化，如當(dāng)列車靠近自耦變電器ATS1(ATS4)時(shí)，p等于l，遠(yuǎn)離自耦變電器 ATS1，靠近自耦變電器ATS2(ATS3)時(shí)，p逐漸減小到0。 無論列車處于任何位置，27. 5kV直接供電傳輸路徑始終存在，即無論列車處于任 何位置，k^ 1。在傳輸相同功率情況下，27.5kV直接供電比55kVAT供電的電流大，使得法 國AT模式的接觸線T電流比日本AT模式的接觸線電流大。牽引變壓器SS端口 Q2-Q3之 間的繞組所承受的負(fù)荷容量為27. 5kVX (1-0. 5k) i，當(dāng)列車在牽引變電SS出口時(shí)，k為0，此時(shí)Q2-Q3之間的繞組承擔(dān)負(fù)載全部容量；牽引變壓器SS端口 Ql-Q2之間的繞組所承受的 負(fù)荷容量為27. 5kVX0. 5ki，當(dāng)k為1時(shí)，Q1-Q2之間的繞組承擔(dān)負(fù)載容量的一半；牽引變壓 器次邊繞組的總?cè)萘繛镼l-Q2繞組與Q2-Q3繞組容量之和，總?cè)萘康扔谪?fù)載容量的1. 5倍。 法國AT供電模式的特點(diǎn)1)牽引變壓器次邊需中間抽頭，變壓器制造難度加大， 特別是帶中間抽頭的平衡變壓器制造難度顯著增加；2)受牽引變壓器次邊中間抽頭的影 響，該供電方式是直接供電方式和AT供電方式的結(jié)合，供電性能受線路阻抗影響較大，在 列車靠近牽引變電所時(shí)接近直接供電方式特性，在列車遠(yuǎn)離牽引變電所時(shí)，接近AT供電方 式特性；3)牽引變壓器次邊的兩個(gè)繞組容量不同，次邊繞組總?cè)萘繛?. 5倍負(fù)載容量，而日 本AT供電模式的次邊繞組容量為1倍負(fù)荷容量，因此與日本AT供電模式相比增加了牽弓I 變壓器制造成本。 總之，在供電性能上日本AT供電模式較好，但投資較高，法國AT供電模式，由于 減少了一臺(tái)自藕變壓器，投資有所降低，但在供電性能上有一定局限，且牽引變壓器構(gòu)造復(fù) 雜，造價(jià)高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種電氣化鐵路的AT供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)牽引變壓器和 接觸線線路的容量利用率高，牽引變壓器制造難度??；投資小，供電性能好。 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為一種鐵路AT供電裝置，其組 成為 牽引變電所的55kV的牽引變壓器次邊的一輸出端 與鐵道牽引網(wǎng)的接觸線相連， 另一輸出端與鐵道牽引網(wǎng)的負(fù)饋線相連； 鐵道牽引網(wǎng)每隔10 20km設(shè)置自耦變壓器，與牽引變壓器鄰近的自耦變壓器與 牽引變壓器的距離為5-15km ;自耦變壓器的一端與鐵道牽引網(wǎng)的接觸線相連，中點(diǎn)與鋼軌 相連，另一端與鐵道牽引網(wǎng)的負(fù)饋線相連。 本實(shí)用新型的工作原理是 1)列車在牽引變壓器與第一個(gè)自耦變壓器之間的第一個(gè)AT段時(shí)，由于列車電流i 只能通過鋼軌一側(cè)(自耦側(cè))流到第一個(gè)自耦變壓器的中點(diǎn)，而鋼軌另一側(cè)與牽引變壓器 不相連，因此列車電流i不會(huì)在鋼軌兩側(cè)進(jìn)行分配，由于自耦變壓器的自耦特性，鋼軌一側(cè) (自耦側(cè))電流流入自耦變壓器后，被均分到負(fù)饋線和接觸網(wǎng)；接觸線和負(fù)饋線上的電流均 為負(fù)荷電流的一半(0.5i)。 2)列車在鄰近牽引變電所的第一AT段之外的工作原理，列車電流向所在位置兩 側(cè)的自耦變壓器分流，分別為k'i和(l-k)i，在自耦變壓器作用下，k'i和(l-k)i分別被 均分到接觸線和負(fù)饋線上。在兩側(cè)自耦變壓器之間的接觸線、負(fù)饋線最大電流為i，但鄰近 牽引變電所的第一個(gè)AT段的接觸線、負(fù)饋線電流始終為列車電流的一半。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型技術(shù)的有益效果是 —、投資省與日本AT供電系統(tǒng)相比，牽引變電所出口不設(shè)自耦變壓器，一個(gè)牽引 變電所即可降低約300萬元左右的投資，整個(gè)供電系統(tǒng)將節(jié)省大量投資。與法國的AT供電 方式相比，本實(shí)用新型的供電系統(tǒng)的牽引變壓器不需要中間抽頭，減小了牽引變壓器的制 造難度，同時(shí)省去了牽引變電所的軌回流線布置，也節(jié)省了不少的投資。
5[0030] 二、牽引變壓器二次側(cè)繞組容量(55kVX0. 5i)始終等于負(fù)載容量(27. 5kVXi)， 與法國模式的AT供電方式相比，牽引變壓器的安裝容量低，既節(jié)省投資，同時(shí)增加了牽引 變壓器的運(yùn)行可靠性和使用。 三、無論列車位置如何，第一個(gè)AT段的接觸線、負(fù)饋線所流過的電流始終為負(fù)載 電流的一半，與法國AT供電方式、日本AT供電方式相比，接觸線最大電流減小了一半，提高 了線路傳輸效率，特別適合高速鐵路、重載鐵路大功率傳輸需求。 四、牽引變壓器出口附近的鋼軌自耦側(cè)的電流始終為負(fù)荷電流，而日本和法國方 式鋼軌自耦側(cè)僅最大電流為負(fù)荷電流，雖然本實(shí)用新型的鋼軌自耦側(cè)電流大，但由于鋼軌 的截面積大，承載電流能力強(qiáng)，不需另外投資。它特別適合于鋼軌接地，鋼軌電位始終為零 的鐵道線路，不會(huì)因?yàn)殇撥夒娏鞔蠖沟娩撥夒娢桓?，對鋼軌附近的通信產(chǎn)生干擾等問題。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

圖1是現(xiàn)有的日本模式AT供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是現(xiàn)有的法國模式AT供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式實(shí)施例 圖3示出，本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
為 —種鐵路AT供電裝置，其組成為 牽引變電所的55kV的牽引變壓器SS次邊的一輸出端Ql與鐵道牽引網(wǎng)的接觸線 T相連，另一輸出端Q2與鐵道牽引網(wǎng)的負(fù)饋線F相連；鐵道牽引網(wǎng)每隔10 20km設(shè)置自耦變壓器，如圖3中的ATS1、 ATS2、 ATS3、
ATS4 ;與牽引變壓器鄰近的自耦變壓器，即圖3中的ATS2、ATS3，與牽引變壓器SS的距離為
5-15km。所有自耦變壓器的一端a與鐵道牽引網(wǎng)的接觸線T相連，中點(diǎn)o與鋼軌R相連，另
一端b與鐵道牽引網(wǎng)的負(fù)饋線F相連。 本實(shí)用新型的具體工作過程和原理如下 —、列車運(yùn)行在第一個(gè)AT段 以圖3中右側(cè)供電臂中，列車在牽引變電所SS與與牽引變壓器鄰近的自耦變壓器 ATS3之間為例說明。由于列車電流i只能通過鋼軌R向右流到第一個(gè)自耦變壓器ATS3的 中點(diǎn)，而鋼軌R與牽引變壓器SS不相連，因此列車電流i不會(huì)向左流動(dòng)，也即列車電流不會(huì) 在鋼軌R左右兩側(cè)進(jìn)行分配。同時(shí)，由于自耦變壓器ATS3的自耦特性，鋼軌R上的電流流 入自耦變壓器ATS3后，被均分到負(fù)饋線F和接觸網(wǎng)T ;接觸線T和負(fù)饋線F上的電流均為 負(fù)荷電流的一半(0.5i)。 2)列車運(yùn)行在第一個(gè)AT段之外的AT段 以圖3中的左側(cè)供電臂中，列車在自耦變壓器ATS1和自耦變壓器ATS2之間為例 說明。列車電流向自耦變壓器ATS1和自耦變壓器ATS2分流，分別為k i禾P (l-k)i，在自 耦變壓器ATSl和ATS2的作用下，k'i和(l-k)i分別被均分到接觸線T和負(fù)饋線F上。在ATS1和ATS2之間的接觸線T、負(fù)饋線F最大電流為i。但鄰近牽引變電所SS的第一個(gè)AT 段的接觸線T、負(fù)饋線F電流始終為列車電流i的一半。
權(quán)利要求一種鐵路AT供電裝置，其特征是牽引變電所的55kV的牽引變壓器(SS)次邊的一輸出端(Q1)與鐵道牽引網(wǎng)的接觸線(T)相連，另一輸出端(Q2)與鐵道牽引網(wǎng)的負(fù)饋線(F)相連；鐵道牽引網(wǎng)每隔10～20km設(shè)置自耦變壓器，而鄰近牽引變壓器的自耦變壓器與牽引變壓器的距離為5-15km；自耦變壓器的一端(a)與鐵道牽引網(wǎng)的接觸線(T)相連，中點(diǎn)(o)與鋼軌(R)相連，另一端(b)與鐵道牽引網(wǎng)的負(fù)饋線(F)相連。
專利摘要一種鐵路AT供電裝置，其組成為牽引變電所的55kV的牽引變壓器次邊的一輸出端與鐵道牽引網(wǎng)的接觸線相連，另一輸出端與鐵道牽引網(wǎng)的負(fù)饋線相連；鐵道牽引網(wǎng)每隔10～20km設(shè)置自耦變壓器，與牽引變壓器鄰近的自耦變壓器與牽引變壓器的距離為5-15km；自耦變壓器的一端與鐵道牽引網(wǎng)的接觸線相連，中點(diǎn)與鋼軌相連，另一端與鐵道牽引網(wǎng)的負(fù)饋線相連。牽引變壓器出口不設(shè)自耦變電所，減少投資；牽引變壓器無中間抽頭，無需布置牽引變電所出口的鋼軌回流線，簡化牽引變壓器制造難度，提高牽引變壓器容量利用率；第一個(gè)AT段的接觸線、負(fù)饋線電流始終為負(fù)荷電流的一半，提高了線路傳輸能力。
文檔編號(hào)B60M3/00GK201457125SQ20092008179
公開日2010年5月12日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者劉煒, 吳命利, 吳松榮, 周建, 周福林, 宮衍圣, 寇宗乾, 易東, 李群湛, 楊振龍, 解紹鋒, 賀建閩, 郭鍇, 陳民武, 魏宏偉, 黃足平 申請人:西南交通大學(xué)