열차 전원공급 원리는 무엇인가요?

철도 전력 공급 원리

견인 전원 공급 시스템이라고도 알려진 전기 철도 견인 전원 공급 장치는 시스템 자체에 발전 장비가 없고, 전기 에너지를 전력 공급 장치에서 얻습니다. 전력 시스템. 현재 우리나라는 일반적으로 110kV 이상의 고전압 전력 시스템에서 견인 변전소에 전력을 공급합니다.

현재 견인 전원 공급 방식의 전원 공급 방식에는 직접 전원 공급, BT 전원 공급, AT 전원 공급, 동축 케이블 및 직접 공급 + 리턴 라인 전원 공급, 베이징-상하이, 상하이-항저우, Zhejiang-Jiangxi는 모두 직접 공급 및 반환 라인 방식을 채택합니다.

1. 직접 전원 공급 방식

직접 전원 공급 방식(T-R 전원 공급)은 견인 변전소에서 접점 네트워크를 통해 전기 기관차에 직접 전원을 공급하는 방식을 말하며, 레일과 접지를 직접 통과하는 복귀 흐름은 견인 변전소의 전원 공급 방법을 반환합니다.

이 전원 공급 방식은 회로 구성과 구조가 간단하고 장비 수가 적으며 구성, 운영 및 유지 관리가 더 편리하므로 비용도 저렴합니다. 그러나 공중에 있는 전차선에 의해 생성되는 강한 자기장은 균형을 이루지 못하고 주변의 방송 및 통신에 큰 간섭을 일으키기 때문에 일반적으로 사용되지 않습니다. 현재 우리나라는 대부분 귀환선을 이용한 직접 전원공급 방식을 채택하고 있다.

2. BT 전원 공급 방식

소위 BT 전원 공급 방식은 흡입 트랜스포머(1개는 3~4km 정도 떨어진 곳에 설치)와 리턴 라인은 견인 전원 공급 시스템에 설치됩니다. 이 전원 공급 방식은 동일한 높이의 전차선 외부에 복귀 라인을 추가합니다. 복귀 라인의 전류는 전차선의 전류와 반대 방향이므로 인접한 통신선에 대한 전차선의 간섭이 크게 줄어듭니다.

BT 전원 공급 회로는 견인 변전소, 접점 정지, 복귀 라인, 트랙 및 흡입 라인으로 구성됩니다. 그림에서 볼 수 있듯이, 견인 변전소는 전차선에 전력을 공급하는 전원 역할을 하며, 전기 기관차(EL)는 전차선과 선로 사이를 운행하며 흡입 변압기의 1차측은 직렬로 연결됩니다. 가선이며, 2차측은 복귀선 중앙에 직렬로 연결됩니다. 흡입변압기는 변압비가 1:1인 특수변압기입니다. 이는 1차 코일과 2차 코일을 통해 흐르는 전류를 동일하게 만듭니다. 즉, 접점 네트워크의 전류와 복귀 라인의 전류가 동일하게 됩니다. 따라서 전류흡수변압기는 레일 및 접지회로를 거쳐 변전소로 귀환된 전류를 귀환선로 끌어들이고, 귀환선을 거쳐 견인변전소로 귀환한다고 할 수 있다. 이런 방식으로 리턴 라인의 전류는 기본적으로 접촉 라인의 전류와 동일하지만 방향이 반대이므로 접촉 라인에서 생성된 전자기장을 상쇄하여 간섭을 방지할 수 있습니다.

위는 이론적으로 분석한 이상적인 상황이지만 실제로는 전류흡수 변압기의 코일에 여자전류가 항상 필요하기 때문에 복귀선을 통과하는 전류는 항상 변압기의 전류보다 작습니다. 접촉 네트워크이므로 접촉이 완전히 상쇄될 수 없습니다. 통신 회선에 대한 전자기 유도의 영향. 또한, 기관차가 흡입 변압기 근처에 위치할 때 귀환 전류는 여전히 선로로부터 일정 거리만큼 흐르고 흡입 라인에 도달할 때까지 귀환 라인으로 흐르지 않습니다. 그런 다음 이 구간의 귀환 라인에 전류가 흐릅니다. 이 상황을 "반기 효과"라고 ​​합니다. 또한, 흡입변압기의 1차코일은 전차선과 직렬로 연결되어 있으므로 흡입변압기의 각 설치위치마다 전기구간을 갖춘 전차선을 설치해야 하므로 유지보수 작업량과 전차선의 사고율이 증가하게 된다. 고속 및 고출력 기관차가 지나갈 때 전기 분할 중에 큰 아크가 생성되어 기관차의 팬터그래프와 접촉선을 쉽게 태울 수 있습니다. 또한, BT 전원 공급 방식의 견인망 임피던스가 상대적으로 커서 전압 및 전력 손실이 크기 때문에 거의 사용되지 않았다.

3. AT 전원 공급 방식

철도 전철화 기술의 발달과 고속, 고출력 전기기관차의 운행에 따라 흡입반환장치 전원공급 방식 방법은 더 이상 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 국가에서는 AT 전원 공급 방식을 채택하기 시작했습니다. 소위 AT 전원 공급 방식은 견인 전원 공급 시스템에서 병렬 단권 변압기의 전원 공급 방식입니다. 실습을 통해 이 전원 공급 방식은 인접한 통신선에 대한 전차선의 유도 영향을 효과적으로 약화시킬 수 있을 뿐만 아니라 고속 및 고출력 전기 기관차의 작동에도 적용할 수 있는 비교적 진보된 전원 공급 방식이라는 것이 입증되었습니다.

AT 전원 회로에는 견인 변전소 S, 접점 서스펜션 T, 트랙 R, 자동 변압기 AT, 포지티브 피더 AF, 전기 기관차 EL 등이 포함됩니다. 견인 변전소가 견인 네트워크에 전원으로 전달하는 전압은 25kV입니다. 접점 서스펜션과 트랙 사이의 전압은 여전히 ​​25kV이고 포지티브 피더와 트랙 사이의 전압도 25kV입니다. 자동 변압기는 접점 서스펜션과 포지티브 피더 사이에 병렬로 연결되며 중성점은 레일(보호선)에 연결됩니다. 서로 일정한 거리(일반적으로 10~16km)로 분리된 자동 변압기는 전체 전원 공급 장치 섹션을 AT 섹션이라고 하는 여러 개의 작은 섹션으로 나눕니다. 이는 여러 메시로 구성된 복잡한 전원 공급 장치 네트워크를 형성합니다. 접점 서스펜션은 나가는 경로이고 포지티브 피더는 복귀 경로입니다. 접점 서스펜션의 전류와 포지티브 피더의 전류는 크기가 같고 방향이 반대이므로 전자기 유도 효과가 서로 상쇄될 수 있으므로 인접한 통신 회선에 좋은 보호 효과가 있습니다.

AT 전원 모드는 BT 전원 모드에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다.

1. AT 전원 모드는 전원 전압이 높습니다. AT 전원 공급 방식은 견인망의 절연 수준을 높이지 않고도 견인망의 전압을 두 배로 늘릴 수 있습니다. BT 전원 모드의 견인 변전소의 출력 전압은 27.5kV이고, AT 전원 모드의 견인 변전소의 출력 전압은 55kV이므로 선간 전류는 부하 전류의 절반이므로 전압 손실과 전력 손실이 발생합니다. 줄이 많이 줄었습니다.

2. AT 전원 공급 방식은 보호 효과가 좋습니다.

AT 전원 공급 모드에서는 접점 서스펜션의 전류와 포지티브 피더의 전류가 크기가 같고 방향이 반대이므로 전자기 유도가 서로 상쇄되므로 보호 효과가 좋습니다. 또한, AT로 구동되는 단권변압기는 접점 서스펜션과 포지티브 피더 사이에 병렬로 연결되므로, 접점 서스펜션과 리턴 라인 사이에 직렬로 연결되는 BT로 구동되는 전류흡수 트랜스포머와는 달리 별도의 작업이 필요하지 않습니다. 여자 전류의 존재로 인해 원래 및 2차 결함이 발생합니다. 측면 권선 전류가 동일하지 않으며 단락 중에 전류 흡수 변압기의 코어가 포화되어 보호 효과가 떨어집니다. 또한 "반단계 효과" 문제도 없습니다.

3. AT 전원 공급 방식은 고속 및 고출력 전기 기관차의 작동에 적합합니다. AT 전원 공급 모드는 높은 전원 전압, 작은 선전류, 작은 임피던스(BT 전원 공급 모드의 약 1/4에 불과) 및 높은 출력 전력을 갖기 때문에 전차선 네트워크는 좋은 전압 레벨을 가지며 작동에 적응할 수 있습니다. 고속 및 고출력 전기 기관차 요구 사항. 또한 AT전원은 BT전원과 달리 흡입변압기에서 전기적으로 분절되어 고속, 고출력의 전기기관차가 지나갈 때 아크가 발생하고 팬터그래프의 슬라이드판과 접촉선이 연결됩니다. 기관차가 소실되어 기관차의 고속에 유해합니다. 전차선과 전차선의 작동 및 유지 관리가 매우 불리합니다.

4. AT 전원 공급 장치 견인 변전소는 간격이 넓고 그 수가 적습니다. AT 전원공급방식은 송전전압이 높고 선전류가 작으며 전압손실 및 전기에너지 손실이 적고 송전전력이 크기 때문에 견인변전소의 거리가 80~120km로 늘어나며, BT 전력공급방식의 견인변전소의 거리가 30~60km이므로 견인변전소의 거리가 대폭 단축되고 이에 따라 운영관리인력도 절감되며 이에 따라 건설투자 및 운영관리도 절감된다. 비용이 절감됩니다.

4. 동축 케이블 전원 공급 모드

동축 전원 케이블 전원 공급 모드(CC 전원 공급 모드라고도 함)는 동축 전원 케이블이 실행되는 새로운 유형의 모드입니다. 선로를 따라 매설되고, 내부 심선은 전원선으로 접점 그리드에 연결되며, 외부 도체는 복귀선으로 레일에 연결됩니다. 5~10km마다 구간을 만듭니다.

전원선과 복귀선이 동일한 케이블에 있기 때문에 거리가 매우 짧고 동축으로 배열되어 상호 인덕턴스 계수가 높아집니다. 동축 전원 케이블의 임피던스는 접촉식 네트워크 및 레일의 임피던스보다 훨씬 작기 때문에 거의 모든 견인 전류와 복귀 전류가 동축 전원 케이블을 통해 흐릅니다. 동시에, 케이블 코어 와이어와 외부 도체의 전류는 크기가 같고 방향이 반대이기 때문에 둘에 의해 형성된 자기장이 서로 상쇄되어 인접한 통신선에 거의 간섭을 일으키지 않습니다. 회로 임피던스가 작기 때문에 전원 공급 거리가 깁니다. 그러나 동축 전원 케이블은 가격이 비싸고 투자 규모가 크기 때문에 거의 사용되지 않습니다.

5. 직접 공급 + 리턴 라인 전원 공급 방식

직접 공급 + 리턴 라인 전원 공급 방식의 구조는 비교적 간단합니다. 이 전원 공급 방식은 동일한 높이의 전차선 외부에 복귀 라인을 추가합니다. 복귀 라인의 전류는 전차선의 전류와 반대 방향이므로 인접한 통신선에 대한 전차선의 간섭이 크게 줄어듭니다. 직접 공급 방식에 비해 선로를 따라 통신에 대한 간섭을 방지할 수 있으며, BT 전원 공급에 비해 BT 장치가 적어 건설 투자가 절감될 뿐만 아니라 유지 관리도 용이합니다. AT 전원 공급 방식에 비해 AT 스테이션 및 선로를 따라 설치되는 포지티브 피더 수가 줄어들어 투자가 절감될 뿐만 아니라 전차선 네트워크의 유지 관리도 용이해집니다. 따라서 대친선 이후의 전기철도는 기본적으로 이 방식을 채택하고 있다. 우리 관할 하의 베이징-상하이, 상하이-쿤밍 지역은 모두 이 전원 공급 방식을 사용합니다. 직접 공급과 리턴 라인 전원 공급의 원리는 아래 그림에 나와 있습니다.

6. 견인 변전소는 단방향 전원 공급과 양방향 전원 공급의 두 가지 방법으로 접점 네트워크에 전원을 공급합니다. 전차선은 견인 변전소와 인접한 두 변전소의 중심에서 연결이 끊어집니다. 두 견인 변전소 사이의 전차선은 전원 공급 장치 암이라고도 하는 두 개의 독립적인 전원 공급 구역으로 나뉩니다. 각 전원 암이 한쪽 끝의 견인 변전소에서만 전기 에너지를 얻는 전원 공급 방식을 일방적 전원 공급이라고 합니다. 각 전원암이 양쪽 변전소로부터 동시에 전력을 공급받는 방식을 양방향 전원공급방식이라 한다.

양방향 전원을 공급하면 전원 품질을 향상시키고 선로 손실을 줄일 수 있지만 계전기 보호 및 기타 기술에는 문제가 있습니다. 따라서 우리나라와 대부분의 국가에서는 일방적 전원 공급 장치를 사용합니다. 그러나 사고 발생 시 두 변전소 사이에 위치한 조닝 파빌리온은 전력 공급 거리가 너무 멀기 때문에 두 개의 전원 공급 장치를 연결해 지역 간 전원 공급을 구현할 수 있다. 전압 품질은 일시적인 비상 조치일 뿐이며, 지역 간 전원 공급을 구현할 때는 전원 공급 장치 끝의 전압 레벨이 요구 사항을 충족하는지 확인해야 합니다.

이중선 구간에서는 동일한 전원암의 상하 접점선이 동일 상 전원에 연결되지만 견인 변전소와 칸막이 부스에 스위치 장치가 있어 연결이 가능하다. 상부 및 하부 접점 라인을 병렬로 전원 공급 장치를 구현하여 라인 임피던스를 줄이고 전압 손실 및 전력 손실을 줄이며 접점 네트워크의 전압 레벨을 높입니다. 사고 발생 시 업링크와 다운링크 접촉선이 서로 영향을 주지 않고 분리될 수 있어 전원 공급 장치가 더욱 유연하고 안정적이게 됩니다.

견인 변전소의 급전선에서 공급되는 두 개의 전원 공급 장치 암의 전압은 서로 다른 위상에 있습니다. 전력 시스템에 대한 불균형 영향을 줄이기 위해 각 견인 변전소는 스왑 연결을 사용해야 하며 서로 다른 위상의 접촉 그리드 사이에 전기 위상 분리 장치를 설치해야 합니다. 유연하게 전력을 공급하고, 사고 범위를 줄이고, 유지 관리를 용이하게 하기 위해 많은 전기 분할 장치도 전차선 네트워크에 설치됩니다.