【导读】中国电气化铁路牵引供电系统长期采用单相工频25kV交流制式，为自耦变压器供电方式的应用奠定了基础。与传统直接供电方式相比，AT供电方式采用2×25 kV高压输入，通过变比为2：1的自耦变压器降压后输出25kV至电力机车。
一台重达27吨的巨型设备稳稳落位，牵引供电系统从此脱胎换骨，中国重载铁路运能极限再次被打破。
2020年7月14日，山西东冶变电所完成改造送电，标志着朔黄铁路全线AT供电方式改造工程正式贯通。这项全国既有重载铁路规模最大的供电改造工程，在不中断运输的前提下，将15个牵引变电所和15个分区所的传统供电系统升级为自耦变压器（AT）供电系统。
改造后，这条承担亿吨运量的能源通道供电能力提升30%，为两万吨重载列车常态化开行提供了坚实保障，更开创了国内铁路“边运行、边改造”的成功先例。
01 技术拐点：AT供电方式的崛起与原理精要
中国电气化铁路牵引供电系统长期采用单相工频25kV交流制式，为自耦变压器供电方式的应用奠定了基础。与传统直接供电方式相比，AT供电方式采用2×25 kV高压输入，通过变比为2：1的自耦变压器降压后输出25kV至电力机车。
其核心结构在于：自耦变压器的初级绕组两端分别连接悬链线（T线）和正馈线（F线），绕组中点则直接与钢轨（R）相连，形成对称供电回路。
这一设计带来了三重变革性优势：
●电压倍增效应：55kV高压传输大幅降低线路损耗，使变电所间距从常规40-50公里扩展至80-100公里，密度减少40%
●电磁干扰屏蔽：T线与F线电流幅值相近、相位相反，产生的磁场相互抵消，显著降低对邻近通信线路的干扰
●供电质量跃升：接触网末端压降减少约15%，保障高速列车持续获得稳定电压
正是这些优势，使AT供电方式成为高铁和重载铁路的黄金标准。截至2025年，包括沈白高铁、渝万高铁在内的90%新建高速铁路项目均采用该技术体系。
02 装备革命：自耦变压器制造的技术攻坚
作为AT供电系统的核心设备，自耦变压器的性能直接决定整个供电网络的可靠性。现代铁路自耦变压器正向高效化、紧凑化、高可靠性方向突破：
●铁芯结构创新：卧龙电气研发的节能型产品采用卷铁心结构，磁路无接缝，与叠铁心相比空载损耗降低20%-30%，噪声减少5-10dB。
●绝缘系统升级：330kV级产品应用全绝缘设计和复合磁屏蔽结构，耐受25倍额定电流冲击，满足重载铁路频繁短路工况。
●极端环境适配：特殊密封和冷却设计使产品可在-40℃高寒环境（如沈白高铁）和盐雾腐蚀区域稳定运行，防护等级达IP55。
典型产品如27吨级自耦变压器（长2.8m×宽2m×高3.2m），通过优化电磁设计和散热通道，功率密度提升40%，使其在有限的AT所空间内实现32000kVA容量。
03 系统进化：全并联AT供电的效能跃升
在基础AT供电架构上，全并联AT供电方式进一步释放技术潜力。该技术将上下行接触网（T线）、钢轨（R）、正馈线（F）在变电所出口及各AT所处通过横联线并联。
其核心突破在于：
●阻抗锐减：单位长度牵引网阻抗降低约35%，使供电距离延长至150公里以上
●动态均流：2020年朔黄铁路改造后实测显示，负荷电流在上下行线路自动均衡分配，设备利用率提升25%
●损耗双降：电能传输损耗减少约10%，谐波干扰水平下降至原系统的1/3
全并联结构还大幅提升了故障冗余能力。当某一供电臂发生短路时，并联通道可提供跨区迂回供电路径，避免列车停运——这一特性在长大坡道区段（如西南山区铁路）尤为重要。
04 实战检验：重载铁路改造的颠覆性成效
朔黄铁路扩容工程作为我国首个直供改AT供电的改造项目，创造了多项行业纪录。该线路年运量从2014年的1.8亿吨攀升至2.5亿吨，传统供电系统已逼近极限。
工程团队创新采用“垂停天窗240分钟双线双锚段承导同步更换”工艺，在确保每日煤炭运输不间断的前提下：
●完成30座变配电所改造
●更换接触网导线1280条公里
●安装自耦变压器40台
改造后关键指标全面跃升：
●供电臂电流承载能力：从1600A增至2800A
●接触网电压波动率：由15%降至7%以内
●牵引变电站间距：平均从50km扩展至82km
这些升级直接支撑朔黄铁路运能从2亿吨提升至3亿吨级，使“西煤东运”通道效率提升50%，年减少柴油消耗12万吨。
05 挑战与进化：智能运维破局故障定位
尽管AT供电系统优势显著，但其复杂结构也带来新的技术挑战。T-F故障的精确定位曾长期困扰运维人员。
典型案例发生在2018年雷雨季节：某牵引变电所跳闸后，故障测距装置显示下行T-F故障距离9.76km。但现场核查发现实际故障点在上行线，系雷击导致腕臂绝缘子与AF线同时放电所致。
故障误判的根源在于：
●传统装置依赖T/F线电流差值判断，雷击瞬态干扰导致采样失真
●上下行并联电流相互渗透，故障特征提取困难
破局之道来自PCS-9680T系列保护系统的创新应用。该系统通过建立全并联AT电流分布模型，结合行波测距与阻抗算法，将故障定位精度从±500m提升至±200m。2015年在吉图珲高铁投运以来，故障判断准确率提高至98%。
从沈白高铁建设现场27吨自耦变压器的精准落位，到朔黄铁路重载通道的供电能力重生2，中国工程师已将AT供电技术锤炼成高铁“贴地飞行”的隐形翅膀。
随着卷铁心自耦变压器空载损耗再降30%，全并联架构网损减少10%10，新一代供电系统正支撑“八纵八横”高铁网突破400km/h速度门槛。当更多重载铁路启动供电改造，自耦变压器阵列将成为中国能源动脉的“硅基心脏”，在钢铁轨道的律动中持续输送不竭动力。
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