AT供电方式自耦变压器设置方式探讨.pdf

第 43 卷第 4 期2023 年 8 月铁 道 机 车 车 辆RAILWAY LOCOMOTIVE&CARVol.43 No.42023Aug.AT 供电方式自耦变压器设置方式探讨李彦吉1，李祎杨2（1 中国铁路北京局集团有限公司，北京 100860；2 石家庄工程职业学院，石家庄 050204）摘 要 牵引变电所出口端设置自耦变压器的供电方式，每个取流点都通过自耦变压器电磁关系传递能量，供电距离长、非常适合缺少牵引变电所上级电源的区域，在现场应用中有一定的优势。但在自耦变压器的设置方面存在影响设备安全运行的问题、在故障点测距配合方面存在影响因素较多且不准确的问题。针对现场实际，讨论了自耦变压器等高压设备的设置原则。关键词 牵引变电所；AT 供电；自耦变压器中图分类号：U231.8 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2023.04.21牵引供电系统存在牵引变电所出口端不带自耦变压器和出口端设置自耦变压器 2 种供电方式。2 种供电方式在我国的电气化铁路均有一定规模的应用。出口端设置自耦变压器的供电方式在供电臂范围内，每个取流点都通过自耦变压器电磁关系传递能量、实现牵引负荷的供电，理论上通过 AT供电回路实现电流在接触网与正馈线之间均衡的分配。出口端不带自耦变压器的供电方式在牵引变电所至 AT 所第一个供电区段内，存在由接触网、正馈线、钢轨、牵引变压器组成的直供回路和由接触网、正馈线、钢轨、自耦变压器组成的 AT 回路 2 条能量传递途径，其电流根据直供回路与 AT回路 2 个供电回路间的阻抗关系来分配。第 2 个区段及以后的供电范围二者电气性能是一致的。出口端不设置自耦变压器供电方式受列车运行位置影响，当电力机车靠近牵引变电所时，实际上成为由牵引变电所主变压器中点抽头与接触网出线之间形成的 27.5 kV 直接供电方式。而设置自耦变压器模式是通过纯粹的电磁传递关系来分配，电流分配主要取决于 AT 回路，牵引变压器阻抗的影响基本可以不考虑，这是 2 种供电方式的本质区别。1 现状调查 京哈线北京方向、津山线秦皇岛方向采用了出口端设置自耦变压器的供电方式，每侧供电臂采取经开闭所并联而后馈电到分区所且 AT 所上下行不并联的供电方式，每侧供电范围约 50 km，其供电范围远大于现有高速铁路的设计。在狼窝铺枢纽变电所存在 AT 与直供 2 种供电方式。2020 年，京哈线全线进行了大修，在施工中进行保护整定值的计算时，发现 4 个方面的问题，下面就以狼窝铺变电所为例进行说明。狼窝铺变电所供电示意图（M 座未画出），如图 1 所 示。T 座 母 线 上 设 置 自 耦 变 压 器 AT6，将55 kV 降 压 为 27.5 kV 为 311、312 馈 线 供 电，213、214 馈线为 AT 供电方式，在各自出口端分别设置了 AT3、AT4 自耦变压器为本供电臂供电。1.1馈线测控装置的测试数据存在不确定性选择了狼窝铺变电所变压器 M 座上各条馈线的一组实时数据，见表 1。从表 1 中可以看出，狼窝铺变电所主变压器 M座各馈线在同一时刻，211 馈线符合预期，总电流等于 T、F 电流之和；212 馈线则与理论值差别较大，总电流等于 F 电流与 T 电流之差。主变压器 T 座存在同样的问题，在 213、214 馈文章编号：1008-7842（2023）04-0128-04引用格式：李彦吉,李祎杨.AT 供电方式自耦变压器设置方式探讨J.铁道机车车辆,2023,43(4):128-131.作者简介：李彦吉（1974-）男，高级工程师（修回日期：2021-04-22）第 4 期AT 供电方式自耦变压器设置方式探讨线（包官营方向）投运后，检测中发现其电流 I 也存在不确定性。数值上有时 I=IT+IF、有时 I=IT-IF。原理上 213 馈线测控装置检测到的电流 IT、IF相位相差 180，数值上总电流 I 应为 IT、IF之和，如图 2 所示。现场检查 LH-T、LH-F、母线电压互感器均按设计要求的减极性接入测控装置，互感器特性也均正常，整体回路接线正常。也就是说，狼窝铺变电所电流的不确定性存在于 AT 供电方式的每条馈线上。1.2牵引变电所回流杂乱从 图 1 可 以 发 现，实 际 上 在 牵 引 变 电 所 内，AT3、AT4、AT6 是并联关系，在带负载上，与各线回流的顺畅与否、自耦变压器的阻抗有直接关系。通过对狼窝铺变电所电流分布统计发现，在311、312 馈线没有机车运行，213、214 馈线有车的情况下，AT6 总电流约等于 213、214 馈线总电流 1/3。说明 213、214 馈线与 311、312 馈线回流在接触网 侧 有 连 接 的 情 况，且 AT6 回 流 较 好、利 用 率较高。而 M 座情况则相反，母线 AT 回流较差、馈线AT 回流较好。1.3测量电流不能反映接触网负载情况通过图 2 可以看出，数值上ITIT 网，IT=IT 网IAT32同样，IFIF 网，IF=IF 网+IAT32这样，馈线测控装置显示的电流值不是真正接触悬挂和正馈线的实际值，与所掌握线索负荷的真实情况还有一定的差距。比如我们认为正馈线已过载的情况下，实际上有可能还没有达到其承载力；在认为接触悬挂还没有达到额定值的情况下，实际上接触悬挂已过载。在诸如狼窝铺变电所接触网上多条馈线回流线互相连接的情况，且 回 流 通 路 有 差 异 的 情 况 下，这 个 问 题 会 更 加严重。理论上，IT+IF=IT 网+IF 网，在计算总的电抗时不会对整定计算构成影响，但是本应 AT 出力，而实际为其他 AT 有明显分流的情况下，有可能会造成保护拒（误）动或者对保护动作的可靠性构成潜在的威胁。1.4故障点标定装置计算繁杂现有的故障点标定装置分为 2 种：一种是专用的故障测距装置；另一种是馈线测控装置自带的电抗型测距装置。专用的故障测距装置是采用上下行电流比或者横联电流比法进行计算1，在 V 停时采用吸上电流比的原理判断故障点。它需要采集各部分真实的电流值，才能得出正确的结果。由于在接触网侧没有设置专用的电流互感器，包含分区所在内都需要按 1.3 节的方法进行电流的合成计算，增加了中间环节，施工中还必须保证包括吸上电流互 感 器 在 内 的 极 性 必 须 正 确、测 量 值 必 须 准 确。京哈线牵引变电所由于现场应用的 600/5、0.5 级电 流 互 感 器 额 定 值 和 测 量 范 围 的 问 题 造 成 计 算误差。馈线测控装置自带的测距装置，采用的是电抗原理来计算故障点的距离2，要求电压、电流必须是接触网上的，由于 IAT3的存在，馈线测控装置测量的数据存在较大的偏差，造成 XT、XF不准确，进而指示的故障距离基本没有参考意义。图 2213 馈线回路电流流向示意图图 1狼窝铺变电所供电示意图表 1M 座馈线实时电流报告馈线ITIFIAT 供电方式/A21117.1240.8055.8421214.0842.0831.84直供方式/A217/113.28218/35.16129铁 道 机 车 车 辆第 43 卷 2 解决建议 AT 供 电 方 式 的 网 络 电 流 分 配 远 较 直 供 方式 复 杂，现 在 我 国 普 遍 采 用 的 主 变 压 器 次 边27.5 kV 侧中点接地，且供电臂首端不设自耦变压器方式，运行中观察到 2 个突出现象：一是由于 T线、F 线阻抗的差异，造成馈线首端经常出现 F 线电流大于 T 线电流的问题；二是同一母线向 2 条并行的不同铁路供电，当两线的自耦变压器位置靠近时，无车线路的自耦变压器也有电流通过。在变电所设置母线、馈线自耦变压器时，各自耦变压器均由同一母线供电且位置集中，则前述 2个现象在网络电流分配中体现得更为明显，牵引负荷再生反馈电能、各回流通道阻抗特性差异以及同时有部分馈出为直供方式，更显著增加了网络电流分布的复杂程度。甚至造成故障状态下的极端电流分配并不能在设计阶段准确预测。在设备运行中，上述几个方面的问题已经成为供电瓶颈，制约着应急指挥作用的进一步发挥，需要制定针对性的解决方案。2.1更改牵引变电所主接线图的设计在 以 往 的 设 计 中，原 则 是 分 别 设 置 AT 变 压器，做到每个 AT 变压器供一定的范围。从现场的使用情况来看，由于每条馈线、母线（用于直供方式）的自耦变压器在电气上处于并联的状态，会根据自身电气性能和负荷情况分别带负载，进而造成馈线电流互感器测量到的电流不是真正的本馈线电流。设计中可以将这些分别布置的自耦变压器进行集中管理，在母线上设置总 AT，所有负荷均由其供出，以解决负荷不能均分的问题，如图 3 所示。为了运行安全，可考虑按一主一备的方式设置母线 AT。这样设置存在的问题，一是 AT1/AT2 的吸上电流是 AT 和直供 2 种方式所有电流的和，在需要使用各条馈线的吸上电流时，需要各装置运用本身的 IT、IF分别进行计算，这种计算方法在既有高铁 的 设 计 中 大 量 使 用，原 理 上 可 行、误 差 可 以 接受；二是 AT1/AT2 负荷侧汇流母线设计上截面需要加大。2.2将馈线电流互感器移位至 AT 变负荷侧以 213 馈线为例，将 213DL 及其电流互感器移位至 AT3 负荷侧，如图 4 所示，这样 LH-T、LH-F测量到的电流均为接触网真实的负荷电流，对保护 整 定 值 的 计 算 极 为 有 利。这 样 做 存 在 的 问 题是，在由母线引入馈线的连接线故障时，变压器低压侧低电压起动过电流保护动作，切除故障点，停电范围扩大。AT3 的保护可按既有方式，在其引入端接入断路器和电流互感器，实施本身保护。2.3合理选择中性点电流互感器在 AT 供 电 方 式 中，吸 上 电 流 的 数 值 极 为 重要，对于故障区间判断、故障类型确定有着决定性的意义。吸上电流的极性在出口端设置自耦变压器的供电方式中必须正确，否则将对接触网电流的计算造成严重影响。设计阶段，中性点电流互感器必须按照最大运行方式下的近端短路电流进行选择，不能仅仅考虑最大负荷电流的要求；验收时，特别是出口端设置自耦变压器供电方式的区段，对电流互感器的特性、极性都必须进行试验、检查；日常运营中，必须把吸上电流互感器纳入检修范围。2.4对枢纽变电所回流线进行阶段性分离通过对狼窝铺站回流路径调查发现：京哈线扼流变压器、津山扼流变压器都与津山回流线连接在一处，造成 311、312 馈线与 213、214 馈线，211、212 馈线与 217、218 馈线回流无法区分，导致 1.1 节图 3母线 AT 设置方式图 4既有馈线改造示意图130第 4 期AT 供电方式自耦变压器设置方式探讨问题的出现，极端情况下，可能造成保护的拒（误）动；直供区段与 AT 区段、AT 区段与 AT 区段回流线互相连通，原理上没有问题，但对需要断开回流线的作业，需要考虑检修时的安全性。在不同时停电区段，接触网悬挂接地线后会出现非常大穿越电流。在枢纽站场，比如狼窝铺站，供电方式复杂，母线和馈线自耦变压器存在并联，并引起变电所保护装置测量电流异常的情况，需要将各条馈线，特别是直供和 AT 回流线分别架设，在接触网上做绝缘连接，各条馈出线回流线做绝缘连接。3 结论 牵引变电所出口端设置自耦变压器的供电方式供电距离长，实践中每条供电臂 50 km 是可以满足运行要求的，但既有设计中越区供电时距离会达到 100 km，对接触网网压、线索的载流量提出了严格的要求，其应用的范围要远低于出口端不带自耦变压器的供电方式。但从另一个方面考虑，如果出口端设置自耦变压器，在供电范围与其他供电方式一致的情况下，以后的越区可靠供电中可以不考虑限车，对国铁集团倡导的整个牵引变电所退出运行的检修方式有一定借鉴意义。因此，在设计、整治工作中，要统筹考虑出口端设置自耦变压器供电方式的适应性改进，对自耦变压器和断路器、电流互感器设置进行合理布局，将回流线分开设计，扩大其适用范围并确保运行检修工作的安全。参考文献1 国家铁路集团有限公司.电气化铁路 AT 供电方式故障测距装置：Q/CR 6862018S.北京：国家铁路集团有限公司，2018.2 国家铁路集团有限公司.电气化铁路馈线保护测控装置暂行技术条件：TJ/GD 0282019S.北京：国家铁路集团有限公司，2019.Research of Auto-transformer Setting on AT FeedingLI Yanji1，LI Yiyang2（1 China Railway Beijing Group Co.,Ltd.,Beijing 100860,China；2 Shijiazhuang Engineering Vocational College,Shijiazhuang 050204 Hebei,China）Abstract：The AT feeding of setting auto-transformer in exit passes of traction substation energy from electromagnetism,power supply distance long,well adapted for traction substation of lack power,on the spot application have certain advantage.But it exists influence equipment safety circulate of problem on auto-transformer setting and not accurate problem of fault location.Aiming at the actual issues,the principle of auto-transformer etc.high-tension equipment is determined for its settings.Key words：traction substation；AT feeding；auto-transformer131