将BT供电方式的吸流变压器引入杂散电流防护的设想.docxVIP

将BT供电方式的吸流变压器引入杂散电流防护的设想供电部 康学剑在交流制牵引的电气化铁路中，存在一种基于吸流变压器的BT供电方式。虽然实际中使用不多，但是该方式可很好的降低牵引回流对周边环境的影响。BT供电方式的主要构造是在线路中通过每隔一定距离设置的吸流变压器。将吸流变压器的一端串接入接触网馈电线中，另一端通过吸上线连接于轨道电路里。在特殊制造的吸流变压器作用下将走行轨中的回流强制吸入变电所回流线，使得回流线中的电流等于接触网中的电流，最终使回流线与接触网形成电流大小相同，方向相反的相对对称平衡的系统，这样就会很好的避免交流制牵引的不平衡电磁场对于线路周边通信信号等的诸多不利影响。设想将此种在交流制牵引中已很成熟的技术引入直流制的城市轨道交通系统，进而达到杂散电流的腐蚀防护。一、吸流变压器的原理吸流变压器采用特殊的原次边1：1的变比制造，借助其原次边1：1的电磁耦合作用，强制将流经轨道回流电路中的电流与接触网/接触轨中的电流相等。如此一来，理论上将不存在杂散电流泄漏的情况。吸流变压器原理如图1所示。图1 吸流变压器示意图对于电网来说，变压器毕竟是一个负载，串入其中的线圈必定对于电流的传输存在一定的阻抗。在地铁的直流制牵引网中，设想串入吸流变压器定是在先做好网压逆变的情况下开展。经过逆变后的变压器阻抗对于直流牵引网来说会变化，所以用于线路中的吸流变压器的绕组圈数、绕组材质、铁心材质要有一定的要求。二、在直流牵引网中设置吸流变压器直流牵引网提供的是直流侧电流源，故而设置的逆变器选择电流源型逆变电路。因为只存在一个直流系统，所以选择单相桥式电流型逆变电路。为了将装置串接入电路中，馈电与回流电路均需要设置间断点。将逆变电路的桥壁各自安置在电气间断点的两侧，变压器为感性负载，为了在换流过程中实现负载换流则需并入大电容原件增大负载容抗，初步设想的电路如图2所示。图2 直流牵引系统中的吸流变设置原理图初步设想其中，逆变器核心部件VT采用全控型的IGBT。四个IGBT构成四支桥壁，电容C起补偿作用，并联吸流变压器作为电路负载使其整体略呈容性，即负载中电流略超前电压，方便换流。电感L用来限制IGBT开通时的电流上升率di/dt，桥壁间L不存在互感。验证中发现此安装方式仅可实现单端供电异端回流下桥壁VT2与VT3的半波逆变，另外两支桥壁电路不具备回流路径，并且两只馈线端的桥壁电流也无法实现一致。即使可以全波逆变时也不能保证两个半波的波形一致，故而更改设计采用以下电路，如图3所示。图3 直流牵引系统中的吸流变设置原理图在吸流变压器中增加中间抽头，将逆变器的两端口分别串入馈电线与回流线。馈电线侧串入电感线圈L，通过位于L中间抽头连接馈电线，起均流作用，使馈电线流入逆变器的电流均分于VT1和VT2中，电感L用来限制IGBT开通时的电流上升率di/dt。逆变器负载为1：1变比的吸流变压器，变压器绕组中间抽头输出连接供电系统。t1~t2时间段，控制VT1、VT4稳定导通，输入电流I1经由A—VT1—B—C—E流经吸流变压器的馈电线端，通过CE连线继续流通在另外一段馈电线中供机车取流。其在变压器中产生正比于电流I1的磁通Φ1。由于1：1的电磁偶合，使得变压器在回流线端的线圈中同样产生等同于Φ1的Φ2。该磁通强制从回流线中吸回等同于I1的电流I2，经由E`—C`流入回流线端的线圈，由于同时刻仅有VT4导通，电流经过C`—G—VT4到达H点流入另外一段回流线最终流回变电所。逆变器形成转换后交流电的正半周。t2~t3时间段，负载呈容性，电流超前电压，电流变负，促使VT1，VT4截止。t3~t4时间段，控制VT2、VT3稳定导通，输入电流I1`经由A—VT3—D—C—E流经吸流变压器的馈电线端，通过CE连线继续流通在另外一段馈电线中供机车取流。其在变压器中产生正比于电流I1`的磁通Φ1`。由于1：1的电磁偶合，使得变压器在回流线端的线圈中同样产生等同于Φ1`的Φ2`。该磁通强制从回流线中吸回等同于I1`的电流I2`，经由E`—C`流入回流线端的线圈，由于同时刻仅有VT2导通，电流经过C`—F—VT2到达H点流入另外一段回流线最终流回变电所。逆变器形成转换后交流电的负半周。t4~t5时间段，负载呈容性，电流超前电压，电流变正，促使VT2，VT3截止。一个循环完成，之后重复这个过程。6.2.3吸流变压器的设置间隔依据杂散电流的MATLAB仿真推断出以下地段需要设置吸流变压器：（1）变电所回流点靠近线路侧。回流点附进的阳极区对埋地金属构件破坏能力很强，在该处附近的供电线路上应设置吸流变。（2）线路中段。通过仿真发现在一个供电区间的中段杂散电流泄入地下的情况很集中，此处设立吸流变。（3）监测系统中集中反应出电流泄漏的地段。实时在线的监测系统可反应出有的轨地绝缘易破坏的特殊地