两种特殊接线方式牵引变压器分析

摘 要 随着电铁的不断发展,电铁负荷在电网中的比重越来越多,电铁作为大功率单相交流负荷,对电网安全运行的影响不容忽视。在牵引变电所处把负荷进行等效,不失为一种可行的研究方式。本文对两种特殊的牵引变压器进行接线方式分析、原理阐述、优缺点比较,以期为电网运行和工程研究工作提供参考。

关键词 电气化铁路;牵引变压器;接线方式

中图分类号U224文献标识码A文章编号1674-6708(2010)26-0112-02

0 引言

近几十年来,随着国民经济的突飞猛进和工业基础设施的完善,我国的电气化铁路发展迅猛,铁路线总里程不断加长,列车载重量不断增加,铁路牵引变压器需求数量随之越来越多,需求容量也越来越大。我们知道,电气铁路的27.5kV(BT制)或55kV(AT制)的单相牵引电网是通过牵引变电所从常规三相电网获取电能的,牵引变电所的主要作用便是将110kV或220kV三相交流电变换成27.5kV或55kV单相交流电,并供电给电牵引网和电力机车。根据供电方式和具体要求的不同,牵引变压所采用的牵引变压器种类也不同,主要有:单相牵引变压器,V/V接线变压器,普通三个绕组对称的三相变压器,三相—两相平衡牵引变压器。本文拟从接线原理、负序和零序影响、容量利用率等方面对两种特殊接线形式的牵引变压器加以总结和评述,以期对电气化铁路牵引供电系统的研究有所帮助。

1 Le Blanc结线变压器

1.1 接线原理分析

Le Blanc变压器绕组结构如图所示,其初级绕组与普通三相变压器绕组相同,基于电气化铁道的不同要求,它们可以为△型或Y型,本文仅分析△ 型,以防由于不平衡负荷产生的谐波(主要是三次谐波)进入系统。在二次侧有5个将三相电源转化为两相电源的非对称绕组,其接线如图1所示。

1.2 负序和零序影响

二次侧各绕组的变比如下

当k=1时,由接线原理图和绕组匝数关系可得电流关系式:

根据对称分量法,电压平衡关系得一次侧各相的正负零序电流:

当Iα=Iβ时,原方三相线电流完全对称,无负序电流存在,故该接线也具有将两相对称负荷转换为原方三相对称负荷的能力[1]。

1.3 优缺点分析

1)其料利用率稍高,最关键的是其制造工艺要求上容易实现;

2)与斯科特变压器相比,中性点也是不接地,低压侧两相输出依然没有电的联系;

3)在具有相等容量的情况下,和平衡变压器相比,体积小、价格低[2]。

2 阻抗匹配牵引变压器

2.1 接线原理分析

阻抗匹配平衡变压器的接线如图2所示。高压侧采用星型接线,每相绕组匝数为W1 ;低压侧采用三角形接线,每相绕组匝数为W2 ,并且还在ab绕组的两端各接一个外延绕组,其匝数为△W= 0.336 W2,这样可使两供电臂的电压Uα和Uβ形成90°的相位差。

副边绕组三角形结线结构即在非接地相增设两个外移绕组 。内三角形接线的一角c与轨道,接地网连接。 两端分别接到牵引侧两相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂牵引网供电。

2.2 负序和零序电流

根据阻抗匹配平衡变压器的结构,并且变比k=W1/W2=1可得一二次侧电流关系:

由上式知,变压器高压侧没有零序电流,并且当低压侧电流和负荷阻抗角越接近时,高压侧电流不对称度就会越小,当低压侧两供电臂上的负荷阻抗完全相等时,高压侧三相电流完全对称。在同样的牵引负荷作用下,新型的阻抗匹配平衡变压器注人电网的负序电流比普通的Y/△-11接线的变压器要小[3]。

2.3 优缺点分析

1)显著的减少电力牵引负荷注入电网的负序电流[4-5];

2)平衡绕组与a(或b,c)绕组的匝数比和阻抗匹配系数两个方面,必须予以考虑.当阻抗匹配系数相匹配时,无论副边负荷电流大小是否相等,原边三相电流平衡,即无零序电流。当副边负荷电流对称时,原边三相电流对称,没有负序电流对电力系统的影响,原边三相制的视在功率完全转化为副边二相制的视在功率,变压器容量可全部利用;

3)原边仍为YN结线,有中性点引出,降低了对变压器绝缘的要求,减少了投资[6],与高压中性点接地电力系统匹配方便。副边仍有△结线绕组,三次谐波电流可以流通,使主磁通和电势波形有较好的正旋度;

4)次边两相不对称负荷时,原边三相电流依然具有较好的对称性[6]。对接触网的供电可实现两边供电;

5)设计计算及制造工艺复杂,造价较高。无论从设计上还是制造工艺上来讲,要得到预先确定的某一阻抗匹配系数都是相当困难的,因此在设计上和制造工艺上的难度是不言而喻的;

6)分相绝缘器两端承受的电压为55kV ,绝缘要求高。

3 结论

在对电气化铁路供用电的研究领域里,电力机车作为大功率单相负荷,其运行对三相电网造成的诸多不良影响,一直都是电力方面的研究人员努力解决的问题,而作为电网和牵引网的交叉点的牵引变压器,便是一个不容忽视的研究课题。本文综述了国内单相交流供电环境下两种特殊接线形式的牵引变压器接线、电气原理、及其优缺点。这些研究丰富了电铁研究领域的理论内容,不仅对研究电铁对三相电网的稳定性影响有重要意义,也可为其他大功率单相交流负荷的具体工程的设计和规划提供依据,具有一定的理论意义和工程价值。

参考文献

[1]欧阳帆.基于平衡变压器三相-单相接线供电方式研究[D].湖南大学博士学位论文,2008.

[2]丁明,沈军.列波兰变压器功率差动保护的探究[J].合肥工业大学学报:自然科学版,2000,23(5):636-641.

[3]周勇,王绪雄,刘中元.阻抗匹配平衡变压器的负序电流[J].郑州大学学报:工学版,2002,23(4):43-45.

[4]林海雪.电力系统的三相不平衡[M].北京:中国电力出版社,1998.

[5]孙树勤,林海雪.干扰性负荷的供电[M].北京:中国电力出版社,1996.

[6]关海川.三相-两相牵引变压器保护原理.西南交大研究生学位论文:21.

[7]刘福生,肖乐军,张志文.三相变两相四相的阻抗匹配原理及其应用.全国高等学校电力系统及其自动化专业第十届学术年会论文集.

[8]刘福生,左辰.AT供电系统牵引变压器的选型分析[J].电工技术学报,1987,2(4):32-38.

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