第三节 带回流线的直接供电方式

第三节 带回流线的直接供电方式 直接供电方式是将从牵引变电所输出的电能,直接通过接触网供应给电力机车,而回归 电流则通过轨道、大地回到牵引变电所(参见图1—2)。目前,除日本以外,世界上绝大多数国家的铁路(交流)电气化均采用了直接供电方式。直接供电方式与BT 、AT 供电方式相比,其馈电回路和设备简单、投资省、运营维护方便。采用直接供电方式,对简化系统设备、提高供电可靠性、增强技术指标及广泛的适应性等方面具有极大的现实意义。但是直接供电方式对邻近通信线路的干扰影响严重,钢轨电位比其他供电方式要高。 为了保留直接供电方式的优点,克服其不足,在其结构上增设与轨道并联的架空回流线,就成为带回线的直接供电方式,简称DN 供电方式,如图2—3--1所示。它与直接供电方式相比,有以下改善: ①原来流经轨道、大地的回流,一部分改由架空回流线流回牵引变电所,其方向与接触网中馈电电流方向相反,架空回流线与接触网距离较近,因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果。 ②牵引网阻抗和轨道电位都有所降低。 图2-3-1带回流线的直接供电方式示意图 架空回流线对通信线路的防干扰效果用屏蔽系数h λ来衡量。h λ的表达式为 g gh h λλλ= (2—41) 式中,g λ为轨道的屏蔽系数;gh λ为钢轨和架空回流线构成的回流网络(以下简称回流网 络)的屏蔽系数,可按下式计算 jt g g t g j gh z z z z ??-=∑∑ ?∑?1λ (2—42) 其中 ∑?g j z ——接触网与回流网络的互阻抗; ∑?g t z ——通信线与回流网络的互阻抗; ∑g z ——回流网络的自阻抗。 一般情况下,可以认为通信线对回流网络的相对位置,与通信线对接触网的相对位置相近似,所以 jt g t z z =∑? 则(2—42)式可以进一步简化成 ∑ ∑ ?- =g g j gh z z 1λ (2—43) 作为简单介绍,以单线区段带回流线的直接供电方式为例,∑g z 、∑g z 可按以下方法近似计算。 由于回流线与轨道并联,故可以将它们看成一个“回流线+轨道”等值导线。该等值导线的单位自阻抗∑g z 可按下式计算 hg g h hg g h g z z z z z z z 22 -+-= ∑ (km /Ω) (1) 式中,h z 为回流线的单位自阻抗,按下式计算 h g h h R D j r z εlg 145.005.0++= (km /Ω)(2)[注 ] 其中,h r 为回流线的有效电阻 (km /Ω),h R ε为回流线的等效半径, 9 10 2085.0-?= σf D g (cm ) (3) 式中,f 为电流频率(Hz );σ为大地电导率( cm ?Ω1),式(3)称为Carson 公式; g z 为等值轨道的单位自阻抗,按下式计算 g g g g g d R D j r z εlg 145.005.02 ++= (km /Ω)(4) 其中,g r 为一条钢轨的有效电阻 (km /Ω),g R ε为一条钢轨的等效半径,g d 为两条轨道的中心距离,标准轨距取1435mm ; hg z 为回流线与等值轨道间单位互阻抗,按下式计算 hg g hg d D j z lg 145.005.0+= (km /Ω)(5) 其中,hg d 为回流线与两轨道间的几何均距。 [注] 导线的有效电阻和等效半径的值,通常由制造厂给定,或从手册上查得 “回流线+轨道”等值导线与接触网间的单位互阻抗∑?g j z ,按下式计算 jg jh g g j d d D j z lg 145.005.0+=∑? (km /Ω)(6) 式中,jh d 为接触网的等值导线与回流线间的几何均距;jg d 为接触网的等值导线与等值轨 道间的几何均距。 若回流线裂相,则两根回流线等值单位自阻抗h z ',按下式计算 hh h g h h d R D j r z εlg 145.005.02 ++='(km /Ω)(7) 式中,h r 为一根回流线的有效电阻(km /Ω);h R ε为一根回流线的等效半径;hh d 为两根回流线间的距离。 并且,在应用式(5)计算裂相回流线与等值轨道间的单位互阻抗hg z ,及应用式(6)计算“裂相回流线+轨道”等值导线与接触网间的单位互阻抗∑?g j z 时,应考虑回流线裂相情况的几何均距,如图2—3--2所示。 图2—3-2 单设回流线裂相悬挂示意图 裂相回流线与轨道间的几何均距hg d ,按下式计算 4 21 21d d d d d hg ''= (8) “裂相回流线+轨道”等值导线与接触悬挂的几何均距jh d ,按下式计算 2 6254433d d d d d d d jh ''= (9) 由式(2—41)、式(2—43)可知,回流线对通信线路的防干扰效果与下列因素有关: ①接触网与回流网络等值导线间的互阻抗∑?g j z 越大,回流线屏蔽系数h λ越小,则防护效果越好。由于接触网与轨道间距离必须保持一定,所以要使∑?g j z 大,只有将回流线与接触网的距离尽量缩小。如果在单线区段接触网支柱外侧架设一条回流线,它与接触线间 的距离为3.4m ,经试验表明,其屏蔽系数为0.6左右。若将上述距离由3.4m 减小为lm , 经计算表明,回流线屏蔽系数可减小到0.5以下。可见,回流线与接触网的近距悬挂对提高屏蔽效果特别有效。但由于回流线与钢轨相连,从绝缘设计上考虑,回流线与接触网的接近程度是有限度的。同时,由于回流线与接触网之间的互阻抗增大,使牵引网阻抗得到减小。 ②回流网络等值导线的自阻抗∑g z 越小,则回流线屏蔽系数h λ越小,防护效果越好。对于一定型号的钢轨,其自阻抗g z 基本为一常数。因此,要使∑g z 小,只有减小回流线的自阻抗h z 。工程设计中,应选用导电性能好的良导体做回流线,其截面应满足防护要求。 在某些区段,为了提高防护效果,回流线可采取“裂相”方式,即将一根回流线分成相隔一 定距离的两根导线,而总的截面积仍保持基本不变。裂相的结果,增大了回流线的等效半径, 因而也就有效地降低了回流线的自阻抗。由于回流线自阻抗降低,所以也使得牵引网阻抗减 小。若采用两根LJ —95的铝绞线相隔lm 做回流线,与采用一根LJ —185的铝绞线做回流线相比,牵引网阻抗大约可减小20%。 ③回流线与轨道并联点的间距大小对回流线的防护效果影响较小。试验表明,若将回流线与轨道并联点的间距由3.3km 减小为1.65km ,其回流线屏蔽效果仅略有提高。工程设 计中,回流线与轨道并联点的间距可视具体情况确定。在有自动闭塞的电气化区段,并联点 的间距应以不影响轨道电路正常工作为原则。该间距一般可按3km ~5km 设置。 以往的经验表明,在对通信线路防护工程设计中,带回流线的直接供电方式可以同BT 供电方式等配合使用。这样做,可以获得满意的技术和经济效果。例如,在某些区段通信线路受交流牵引网干扰影响比较严重,要求屏蔽系数很小,可采用BT 供电方式等进行防护;而在另一些区段,邻近通信线路虽受交流牵引网干扰影响,但并不严重,要求屏蔽系数不是很小,则采用带回流线的直接供电方式即可满足防护要求。 随着通信设备现代化和通信线路电缆化,尤其是光缆通信线路的大量采用,其对外界电磁场的屏蔽要求也将相应降低。因此,带回流线的直接供电方式作为一种性能稳定、结构简单、经济有效的对通信线路的防护措施,将具有广泛的应用前途。