AT供電方式在電氣化鐵路中的應用

【摘 要】電氣化鐵道在國民經濟飛速增長中發揮著越來越重要的作用，其AT供電方式已經成為高速、準高速及重載線路建設的主要方向。AT供電方式供電電壓比直供方式高一倍，電壓損失降為1/4，防干擾效果好，擴大了牽引變電所間隔，自耦變壓器并聯于接觸網上，不需增設分段點。

【關鍵詞】自耦變壓器；供電方式；特點；原理

我國電氣化鐵道采用單相工頻25Kv交流制，由于單相大電流在線路周圍空間產生較強電磁場，是臨近通信廣播設備等產生雜音干擾和感應電壓。為減少電氣化鐵道對沿線通信設備的干擾，保障其設備、人身安全及正常工作，在牽引供電系統中采取了許多干擾措施，形成了不同的供電方式。目前我國的牽引供電方式主要有四種：直接供電方式、BT供電方式、直供加回流線供電方式、AT供電方式。AT供電方式又稱自耦變壓器供電方式。日本鐵路為防止通訊干擾，在實行交流電氣化的前期，在牽引網中普遍應用了吸流變壓器一回流線電路。為了克服高速、大功率機車在這種電路中通過吸流變壓器分段時，在受電弓上產生強烈電弧的缺點，后來發展了一種新的牽引網供電方式—AT供電方式。隨著對外開放和引進國外先進技術，電氣化鐵道在國民經濟飛速增長中發揮著越來越重要的作用，我國逐漸在新建電氣化鐵道上采用了AT供電方式。

在AT牽引變電所中，牽引變壓器將110Kv三相電降壓至55Kv，然后經自耦變壓器兩端分別接到接觸網和正饋線上，自耦變壓器中心抽頭與鋼軌相連。則鋼軌與接觸網間的電壓正好是自耦變壓器兩端電壓的一半25Kv，與正常接觸網電壓相同。

在AT供電方式區段，與接觸網同桿架設在田野側的還有一條保護線，它相當于架空地線，在自耦變壓器處保護線接接觸懸掛接地部分或雙重絕緣子中部同鋼軌連接。保護線電位一般在500V以下，正常情況下無電流通過。當絕緣子發生閃絡時，短路電流可通過保護線作為回路，減少了對鐵路信號軌道電路的干擾。同時對接觸網其屏蔽作用，也減少了對架空通信線路的干擾，另外起避雷線的作用，雷電可以通過接在保護線上的放電器入地。

橫向連接線將鋼軌與保護線并聯，其目的是在鋼軌對地泄漏電阻和機車取流較大時，降低鋼軌電位。

1 AT供電方式（自耦變壓器）特點

1）2×27.5Kv系統，供電電壓比直供方式高一倍，電壓損失降為1/4，牽引網單位阻抗約為直供方式的1/4（實際略高），電能損失小，顯示了良好的供電特性；

2）牽引變電所的間距大，易選址，減少了外部電源的工程數量和投資；

3）減少了電分相數量，有利于列車的高速運行；

4）牽引網回路是平衡回路，防干擾效果好，可改善電磁環境，并減少防干擾費用；

5）牽引網系統需設正饋線，較一般直供方式復雜，但在重負荷區段不必設加強導線，可與直供方式相當；變電系統較直供方式減少了牽引變電所的數量，但需設AT所，一般AT所間距為10-20km，開關設備需用雙極隔離開關；

6）牽引網結構復雜，附加導線數量多，對跨線建筑物和隧道凈空要求高，投資較大，保護和維護難度較大。

2 AT供電方式（自耦變壓器供電方式）原理圖

AT1、AT2為自耦變壓器，變比為2：1。其一端與接觸網連接，另一端與正饋線連接，中點接入軌道。正饋線沿供電分區架設，與回流線相似。無論在結構上還是在功能上，AT供電方式是用自耦變壓器代替了吸流變壓器，正饋線代替了回流線。另外，將自耦變壓器并入電路，在結構上消除了接觸網中的吸流變壓器分段。自耦變壓器原邊繞組接人的電源電壓為2×27.5Kv；副邊繞組接負載，電壓為27.5Kv。相鄰兩臺自耦變壓器之間的距離稱為自耦變壓器間隔（或稱自耦變壓器段），其長度一般為10km左右。實際的AT所間隔按對通信線防干擾及牽引供電的要求計算確定。

圖1

AT.單相自耦變壓器；PW.保護線；AF.正饋線；T.接觸網；R.鋼軌；CPW.橫向連接線；G.放電器

1）設自耦變壓器阻抗為零（理想變壓器），牽引列車運行的電力機車位于AT2處，電力機車電流為I。由于自耦變壓器阻抗為零，則AT1副邊回路被AT2旁路，電流流人AT2副邊繞組W2。在AT2原邊繞組中感應出電流，該電流由牽引變電所沿接觸網流出，沿正饋線流回牽引變電所。軌道中電流為零。由于接觸網和正饋線中的電流大小近似相等，方向相反，兩者之間的距離也相對很小，兩者的交變磁場基本上可相互平衡（抵消），所以顯著地減弱了接觸網和正饋線周圍空間的交變磁場，使牽引電流對鄰近的通信線路中的電磁感應影響大大地減小。

2）實際上，AT變壓器存在著很小的阻抗，因此在全供電臂內將有部分牽引電流流經軌道、大地返回變電所。這是因為，像一般電路中一樣，牽引網電路中的電流是按電路阻抗分配的，當電力機車在供電分區運行時，在全供電臂內都有電流沿各支路，包括軌道、大地流行，并進入所有的AT所。所以供電方式的防干擾效果，即使電力機車位于AT變壓器處，也不像上述那樣理想。不過，流經軌道、大地返回變電所的電流極小，故對鄰近通信線的電磁感應影響很小。這部分影響稱為“長回路”感應影響。

3）當牽引列車運行的電力機車位于兩臺AT所之間時，也產生牽引電流流入軌道、大地的情況，如圖2所示。圖中，由于AT1和AT2的副邊回路中都引入了阻抗，其數值分別與電力機車至AT1、AT2的距離L1、L2成正比，而電力機車電流在軌道、大地中的分路電流I1、I2的數值分別與兩分路的阻抗成反比，所以兩分路電流、可用下式表示：

圖2

按圖中情形，兩分路電流在流向AT1、AT2時都有一部分流入大地。不過，由于電磁感應影響同電流與通信線平行長度的乘積成正比，將上式的第一式乘L1、第二式乘L2，可得I1 L1=I2L2。所以在和兩個長度內的電磁感應影響大小相等而方向相反，對平行長度延及這個AT段全長的通信線不產生電磁感應干擾影響。

AT供電方式不但是電氣化鐵路減輕對鄰近通信線路的干擾影響的有效措施之一，還大大降低了牽引網中的電壓損失，從而擴大了牽引變電所間隔，減少了牽引變電所的數目，提高了供電質量，減少了投資。自耦變壓器并聯于接觸網上，不需增設分段點，能適應高速、大功率電力機車運行。但由于必須在沿線安設電壓較高、容量較大的自耦變壓器，牽引網設備的投資須相應增加。所以我國在秦皇島—沈陽客運專線、大秦線，哈大客運專線以及長春—吉林等均采用了AT供電方式。

【參考文獻】

[1]于萬聚.接觸網技能[M].西南交通大學出版社.

[2]王繼芳.全并聯AT供電牽引網故障測距研究[D].西南交通大學，2006.

[3]程偉，徐國卿，牟龍華.基于分布參數模型的牽引網故障測距新算法[J].電力系統及其自動化學報，2005（06）.

[4]呂曉琴，張秀峰.基于有源濾波器和V/x結線的同相牽引供電系統[J].電力系統及其自動化學報，2006（06）.

[責任編輯：湯靜]