1、供 电 系 统,西南交通大学电气工程学院,牵引网阻抗计算的目的: 1.确定牵引网压损U,以校验运行时网压水平; 2.计算短路阻抗、短路电流,确定继电保护方案及其整定; 3.应用于故障测距; 4.确定牵引网电能损失,比选最优设计方案; 5.计算牵引负荷对电气化铁路沿线通信线路的干扰,确定所采取的防护措施; 6.用于轨道电流分布及轨道电压分布计算,以确定安全电位。,第四章 牵引网阻抗,牵引网:由接触网(接触线、承力索、加强导线),轨地系统(钢轨网、大地),馈线及回流线组成。 AT方式:自耦变压器、正馈线(负馈线、保护线) BT方式:吸流变压器、回流线、火花间隙,一、牵引网组成,4.1牵引网简介,牵
2、引网阻抗具有复杂性的特点: 1、结构复杂:接触网由承力索、接触线组成,或加入加强导线,串联元件(吸流变)、并联元件(自耦变) 2、牵引网中含有铁磁材料元件(钢轨、大地),铁磁材料的相对磁导率随通过的电流变化而变化。随着牵引负荷的变化,钢轨有效电阻和内电感有较大范围的变化。 3、轨道大地之间是非线性分布参数电路,牵引网阻抗变化呈非线性。 4、大地作为供电回路一部分,大地土壤情况和电导率分布复杂,呈非线性。,单线区段:主要与接触悬挂的类型,加强导线的数量与位置有关,在设置吸-回装置的区段还与回流线的数量与位置有关。 复线区段:除与以上因素有关外,还与双轨轨距有关,目前我国一般为5m。,牵引网阻抗与
3、牵引网结构、选用导线的型号和钢轨的类型、数量,所采用的牵引网供电方式,大地导电率以及采用的防干扰措施有关。,二、牵引网供电方式 单线:1.单线单边供电;2.单线双边供电,复线:单边、双边 1.上下行独立供电 ;2.全并联供电 ;3.末端并联供电,三、牵引网接触悬挂方式1.简单悬挂,特点:无承力索,通过桥隧等建筑物时,要求净空低;投资少;维修方便;受流质量差,适用于速度80km/小时的线路及有桥隧线路。,特点:有承力索,带有张力补偿器,有中心锚节且较复杂;受流质量好,适用于速度高的正线。,2.链型悬挂,计算轨道和地中电流的意义: (1)确定牵引网电路模型 (2)计算对通信线路的干扰,4.2 轨道
4、和地中电流,接地电阻 轨道网特性阻抗 分别为钢轨单位自阻抗和对地导纳 接触网对地和钢轨对地的互阻抗 轨道电流与电压 接触网电流,分析中假设: 1. 轨道是一个非线性网络,分析时假设其为线性网络,能应用叠加定理。 2. 视轨道为参数均匀的无限长导线,能应用长线理论。 分析:,的 分析,由传输线理论 在x正方向上有,分布参数使 和 变化,整理得:,通解,根据边界条件求解A、B 1.在钢轨回流线处x=0,2.在机车处,x=l,得,轨道电流、电位分布表达式为:,地中电流,特例1:若认为变电所接地电阻,轨地电流分布,特例2:若认为变电所接地电阻,据实测:当机车距变电所距离大于5km,这种简化的误差小于5
5、%。实测数据:,如果l足够长,则可忽略钢轨电流和地中电流的过渡过程,则:,4.3 牵引网模型简化,分布参数,计算复杂 非线性,若根据,线性,图中:Z1接触网-地回路(有源网)自阻抗Z2轨道网-地回路(无源网)自阻抗Z12接触网-地回路,轨道网-地回路互阻抗 问题变成为Z1 、Z2、 Z12如何求?即所谓导线-地回路阻抗如何求得,构成接触网的各种导电线中既有圆形导线(如承力索),也有不规则导线(如钢轨和接触线),导线的参数在牵引网阻抗计算中需要用到导线电阻和导线当量半径。 一、导线电阻(指交流电阻),4.4 牵引网导线参数,R0 导线半径(mm);0 材料电阻率(.m) r 相对导磁率; f 频
6、率(Hz);k 多股绞线 1.59 单线 1,自感,二、当量半径,由电磁场理论,内电感,外电感,接触线、承力索、加强导线常用导线参数,常用钢轨参数,2、交流电阻(实测),1、当量半径,Carson理论:根据电磁波理论,计算以大地为回路的架空导线阻抗。“导线-地”回路中的大地可以用一根虚设的导线来代替,其中d 为实际导线至虚设导线的距离。Carson理论证明,距离d与大地的电导及电流的频率有关。,4.5 Carson理论,一、导线-地回路等值自阻抗计算,由电磁场理论,圆直导线1、2单位长度自感为:,当f =50Hz时,由Carson公式, 导线1、2的交流电阻, 导线1当量半径, 大地导电率,等
7、效地回路电阻,大地导电率对牵引网阻抗的影响较小,在缺乏资料的情况下,可取104/(cm) ,即 =930m,的一般取值,由Carson公式,二、两个导线-地回路之间的等值互阻抗,已知原始参数:,导线1地回路电压方程,导线1地回路自阻抗,导线1地回路与导线2地回路互阻抗,导线2地回路自阻抗,同理,总结:,如果存在多个导线地回路时,每个导线地回路单位长自阻抗和每两个导线地回路间单位长互阻抗的计算方法同上。,一、先讨论一个最简单的例子,4.6 单线牵引网阻抗计算,J,G,D,单位长度等值电路,已知,例:单线牵引网布置如下:,二、单线牵引网阻抗计算的一般方法,列写回路电压方程:,为了获得等值当量半径,
8、先求平均值,推广到n个并联导线-地网,思考:若 表达式如何?,2.两个导线-地回路系统等值距离D设系统I、II均由两个并联导线-地回路构成,列写系统感应电压方程,则 平均值,3.算例(通过算例来说明)链形悬挂带加强导线布置如下:,(3) 接触网结构高度,最大弛度fmax(mm),(4) 各线间距:,(5) 若不知,取,方法2:当接触网电流分配关系不知,4.7 复线牵引网阻抗,示意图,特点:接触网在末端并联,钢轨网全并联。 牵引网划分成三个导线-大地系统: 接触网I-地回路 接触网II-地回路 钢轨网-地回路 无源网,为分析上、下行接触网中的电流分布、压损计算、功损计算、短路计算,上、下行接触网不能合并为一根导线,因为上、下行运行情况不同,上、下行列车位置及取流不同。,回路 电压 方程,由(3)式得:,(1),(2),(3),回路 电压 方程,(1),(2),(3),例:计算链型悬挂复线牵引网阻抗,原始参数与单线区段相似。 解题步骤:,