10-牵引网阻抗

牵引网阻抗与牵引网结构、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。 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。
Z0 Z D 1 整理： I J n I J ( A B ) A B Z0 Z0 Z D
得：Z 0 A B(2 Z D Z 0 ) (1 n) I J Z 0 Z D

2.在机车处，x=l
1 I2 K IJ ( Ae l Be l ) Z0 U 2 Ae l Be l IJ I2 I2 U 2 I2 Z0
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
5.4 牵引网导线参数
构成接触网的各种导电线中既有圆形导线（如承力 R0 — 导线半径(mm)；ρ0 — 材料电阻率(Ω.m) 索），也有不规则导线（如钢轨和接触线），导线的 μ — 相对导磁率； f — 频率(Hz)； 参数在牵引网阻抗计算中需要用到导线电阻和导线当 k — 多股绞线 1.59 量半径。 单线 1 一、导线电阻(指交流电阻) 非铁磁质导线(铜、铝) 铁磁质导线(铁、钢轨等)
1 I K I J ( A e x B e x ) Z0 U A e x B e x
1 l l 整理：Z 0 I J K I J ( Ae Be ) Ae l Be l Z0
常用钢轨参数 1、当量半径
钢轨型号 G(kg/m) Rg0(mm) Rεg(mm) P43 44.65 140 11.2
P50
50.51

12.2
2、交流电阻(实测)
I r(Ω)P50 r(Ω)P43
0
100 200 300
0.147
0.160 0.213 0.273
0.162
0.178 0.262 0.310


流的频率有关。

导线2 导线1
U

I
z1 (Ω/km) z12 (Ω/km) z 2 (Ω/km)
l
导线2
大地表面
一、导线-地回路等值自阻抗计算

U

I
z1 (Ω/km) z12 (Ω/km) z2
导线1的当量半径为 R 1 导线2 (虚构)的当量半径为 R 2 导线2 (Ω/km) 导线间距离为d12 (虚构) 线路长度为l 大地表面
分布参数，计算复杂
非线性
若根据
Z12 IG Z I J 2 I D I J IG
Z U Il

( / km)
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
根据边界条件求解A、B 1.在钢轨回流线处x=0
1 I1 K I J Z ( A B ) 0 U1 A B I J I1 I1 U 1 I1 ( Z 0 // Z D )
1 I K I J ( A e x B e x ) Z0 U A e x B e x
IJ KI J 0
ZD
IG
ZD
I D 地中电流
0 稳定区
l
x
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：
Z12 I Z IJ 2 Z12 I (1 ) IJ IJ I D Z2
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%。实测数据：
特例2：若认为变电所接地电阻 Z D 0
1 I ( x ) K I J (1 K ) I J e ( l x ) e ( l x ) 2 1 U ( x ) (1 K ) Z 0 I J e ( l x ) e ( l x ) 2 Z12 感应电流 传导电流 K Z2 轨地电流分布
( H / m) ( H / m) ( H / m)
5.1牵引网简介
一、牵引网组成
回 流 线 馈线 接触网 轨网 地
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、回流线、保护线。 BT方式：吸流变压器、回流线、火花间隙。
牵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： 0.54 I J IG 复线： 0.67 I J IG I G 、D 基本同相。 I

I D 0.48 I J I D 0.34 I J



5.3 牵引网模型简化
IJ
ΔU
Z1 Z12 Z2 I G ID
J
Z
U Il


( / km)
G D
Z l
2.链型悬挂
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。
Z 5.2 —接地电阻 轨道和地中电流
D
Z 0 —轨道网特性阻抗 计算轨道和地中电流的意义： Z 2 , Y —分别为钢轨单位自阻抗和对地导纳
Z12 —接触网对地和钢轨对地的互阻抗 (1)确定牵引网电路模型
得
(1 K ) I J Z 0 2 Ae l

1 I K I J ( A e x B e x ) Z0 U A e x B e x
x=0处 x=l 处
Z 0 A B(2 Z D Z 0 ) (1 K ) I J Z 0 Z D
第五章
牵引网阻抗
牵引网阻抗计算的目的：
1.确定牵引网压损ΔU，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。
0 x l

地中电流 I D I J I




特例1：若认为变电所接地电阻 Z D
1 I ( x ) I K I J (1 K ) I J e ( l x ) e x 2 1 U ( x ) (1 K ) Z 0 I J e ( l x ) e x 2 Z12 感应电流 传导电流 K Z2
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。
0.447k r f r R0

r
0.316k r f R0

km
km
导线电阻的确定 铜、铝导线 工频下，可认为其有效电阻近似等于直流电阻。 钢轨 确定其有效电阻是 困难的。 钢轨的有效电阻通 常由试验测得，同 时记录试验电流。
二、当量半径 由电磁场理论 内电感
0 r Li 8
R - -当量半径
R0 -- 导线实际半径
r
4
R0 e
0 D ln 2 R
( H / m)
R R0e

常用接触线、承力索导线参数
型号 铜接触线TCG-100 钢、铝接触线 GLCA-100/215 硬铜绞线TJ-95 钢铝绞线LGJ-100 钢绞线GJ-100 交流电阻(Ω/km) 0.179 0.184 0.20 0.255 1.45 当量半径 (mm) 4.6 8.56 4.74 7.22 6.18

( l x ) 2 Z D Z 0e l x ( )e e 2 Z D Z0
U( x )
2 Z D Z 0e l x 1 (1 K ) Z 0 I J e ( l x ) ( )e 2 2 Z D Z0


d U Z 2 I dx Z12 I J dx d I Y U dx
Z K 12 —感应系数变化，整理得： 分布参数使 U 和 I Z2
I J2 —牵引电流

Z0
2
d I Z 2Y I Z12Y I J 0 2 dx Z 2
5.5 Carson理论
导线1 Carson理论：根据电磁波理论，计算以大地为回路的
z1 (Ω/km) I U 架空导线阻抗。“导线-地”回路中的大地可以用一 大地表面 z12 (Ω/km) 根虚设的导线来代替，其中d 为实际导线至虚设导线 d12 虚构的大地返 z 2 (Ω/km) 回“导线” 的距离。Carson理论证明，距离d与大地的电导及电