2.第二章 牵引变压器接线及其电气量分析

供电系统

第二章 牵引变压器接线及其电气量分析

供电系统

§2.1 概述我国电气化铁路采用单相工频交流制式， 我国电气化铁路采用单相工频交流制式，取电于 单相工频交流制式 电力系统。 电力系统。 我国现行的牵引变电所供电方式绝大多数为三相 -两相制式： 两相制式： 两相制式牵引 变压器

牵引变压器除了电压变换外， 牵引变压器除了电压变换外，还有电流和阻抗变 称为系统变换： 换，称为系统变换： A.B.C o.α.β

供电系统

§2.1 单相牵引变电所采用单相变压器的牵引变电所称为单相牵引变电所。 采用单相变压器的牵引变电所称为单相牵引变电所。

纯单相I,i接线 纯单相 接线

单相牵引变电所单相V,v接线 单相 接线

一、纯单相结线 高压绕组AX AX接三相电源的 高压绕组AX接三相电源的 某两相(如图中的AC AC相 某两相(如图中的AC相), 电压为110kV 220kV。 110kV或 电压为110kV或220kV。 低压绕组ax 首端a接至牵引母线上，末端x与钢轨、 ax, 低压绕组ax,首端a接至牵引母线上，末端x与钢轨、 地连接，输出电压27.5kV 接牵引母线的一端， 27.5kV。 地连接，输出电压27.5kV。接牵引母线的一端，同 时给左右两侧的供电臂供电。 时给左右两侧的供电臂供电。

供电系统

变压器的容量利用率是牵引变电所运行的重要经 变压器的容量利用率是牵引变电所运行的重要经 容量利用率 济指标。 济指标。额定输出容量 K= × 100% 额定容量 1 1 UI + UI 2 K= 2 × 100% = 100% UI

优点：容量可以充分利用，变电所的主接线简单、 优点：容量可以充分利用，变电所的主接线简单、 设备少。 设备少。 缺点：在三相系统形成较大的负序电流； 缺点：在三相系统形成较大的负序电流；不能实 现双边供电；变电所无三相电源， 现双边供电；变电所无三相电源，所用电需由附 近的地方电网引入。 近的地方电网引入。

供电系统

纯单相结线牵引变电所适用于： 纯单相结线牵引变电所适用于： 电力系统容量较大，地方电网较发达的地区。 电力系统容量较大，地方电网较发达的地区。 尔滨) 线全部采用纯单相结线， 如：哈(尔滨 — 大(连)线全部采用纯单相结线， 尔滨 连 线全部采用纯单相结线 牵引变电所接于容量较大的220kV电网。 电网。 牵引变电所接于容量较大的 电网

供电系统

二、单相V,v结线 单相 结线A B C

a

c

b

牵引变电所装设两台单相 结线牵引变压器， 结线牵引变压器，作V,v接 接 线。 V,v接线牵引变压器原边 接线牵引变压器原边 接入电力系统的两个线电压 (如AB、BC)。 如 、 。 次边各有一端分别接到 牵引侧的两相母线上， 牵引侧的两相母线上，公共 端子与轨道及接地网连接。 端子与轨道及接地网连接。 由于对地电压

相位不同， 由于对地电压相位不同，中 间必须用分相绝缘器断开。 间必须用分相绝缘器断开。

供电系统

1.原、次边电流关系 原 设变比为K 设变比为 T1 I AB = I ab KT

1 I BC = I bc KT

1 I A = I AB = I ab KT 1 I B = ( I AB + I BC ) = ( I ab + I bc ) KT

A B C

IA

I AB

IB

IC

I BC

I ab

I bc

1 I C = I BC = I bc KT

U ab

U bc

供电系统

2.额定利用率 额定利用率 达到额定值I 当Iab、Ibc达到额定值 e时，即 Iab=Ibc=Ie, 则额定输出容量： 则额定输出容量：S=IabUe+IbcUe=2UeIe 额定容量： S=2UeIe 额定容量： 所以， 所以，K=100% 3.跨相供电 跨相供电 当一台变压器因故停电时， 当一台变压器因故停电时，另一台变压器必 须跨相供电，即兼供左右两边供电分区的牵引网。 须跨相供电，即兼供左右两边供电分区的牵引网。

供电系统

优点：容量利用率为 优点：容量利用率为100%,可以供给所内及 ， 地区三相负荷，对牵引网还可实行双边供电。 地区三相负荷，对牵引网还可实行双边供电。 和纯单相结线比，对系统的负序影响减小。 和纯单相结线比，对系统的负序影响减小。设 备相对较少。 备相对较少。 缺点： 缺点：跨相供电 在阳(平关 平关) 等线路应用。 在阳 平关 — 安(康)等线路应用。 康 等线路应用

供电系统

三相YN,d11接线牵引变电所 §2.2 三相 接线牵引变电所

★

三相牵引变电所中大多采用的是110kV油浸风冷式变压器， 三相牵引变电所中大多采用的是110kV油浸风冷式变压器，该 110kV油浸风冷式变压器 牵引变压器的接线采用YN,d11标准联结组。 YN,d11标准联结组 牵引变压器的接线采用YN,d11标准联结组。 A 1.原理电路图 1.原理电路图(A) (B) (C)

B C *

高压侧绕组为YN,三个端子(A)、(B)、 高压侧绕组为YN,三个端子(A)、(B)、 YN (A) (C)接电力系统的A、B、C三相 (C)接电力系统的A 接电力系统的 (或ACB,BCA…),中性点通过隔离 ACB,BCA ) 开关QS接地。 开关QS接地。中性点何时接地由电力 QS接地 调度决定，通常是断开的。 调度决定，通常是断开的。 次边绕组接成Δ (c)端子接钢轨 次边绕组接成Δ,(c)端子接钢轨 和地。(a)、(b)端子分别接牵引母线。 和地。(a)、(b)端子分别接牵引母线。 端子分别接牵引母线(a) (c) (x) (y) (z) (X) (a) (Y) (b) (Z) (c) QS

*

(b)

供电系统

()内符号表示端子号， ()内符号表示端子号， 内符号表示端子号 大写为原边， 大写为原边，小写为次边 (A) (B) 其中绕组(ax),(cz)为负荷相绕组； 为负荷相绕组； 其中绕组 ， 为负荷相绕组 (X) (Y) 绕组(by)为自由相绕组 绕组 为自由相绕组 (a) (b) 注意： ()” 注意：带“()”的字母 表示端子号， 表

示端子号，应与电力 (x) (y) 系统相序区分。 系统相序区分。(a) (c)

(C) *

A B C

(Z) (c) QS

*

(z)

(b)

供电系统

2.展开图 2.展开图(A)

为了便于分析， 为了便于分析，通常采用 展开图。 展开图。 画展开图有如下约定： 画展开图有如下约定： (1)原 次边对应绕组相互平行； (1)原、次边对应绕组相互平行； (2)原 (2)原、次边每相绕组的同名端*(c) (B)

(C) * (a)(b)

放在同一侧； 放在同一侧； (3)次边绕组的(c)端子接钢轨和地； (3)次边绕组的(c)端子接钢轨和地； 次边绕组的(c)端子接钢轨和地

供电系统

3.电压、电流相量的规格化定向 电压、 电压

(1)原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向，(看作负 原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向， 看作负 原边绕组电压 载),即牵引变压器从电力系统吸收电能。 ,即牵引变压器从电力系统吸收电能。 (2)次边绕组电压、电流采用发电机惯例定向，(看作电 次边绕组电压、电流采用发电机惯例定向， 看作电 次边绕组电压 源),即牵引变压器是次边负荷的电源。 ,即牵引变压器是次边负荷的电源。 (3)原边绕组电压与实际进线电压一致。 原边绕组电压与实际进线电压一致。 原边绕组电压与实际进线电压一致 (4)次边绕组按同名端与原边绕组电压一致。 次边绕组按同名端与原边绕组电压一致。 次边绕组按同名端与原边绕组电压一致 下标的标注： 下标的标注： (1)电流、电压相量的下标表示其实际相别，与绕组端 电流、 电流 电压相量的下标表示其实际相别， 子号无关。 子号无关。 (2)臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致。 臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致。 臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致

供电系统

A B C

IB

IA

UB

IC

UA

UC

+

*

Ib+

-

Uc +I′c I′b I′a*

Ia

Ub

Lb

Ub

Ua

La

Ua+

-

供电系统

次边电压、电流相量图： 次边电压、电流相量图：

Uc

(以 U a为参考相量 以 为参考相量) a , b 分别表示负荷

的功率因数角。 La、Lb的功率因数角。

Ib b

b

a

Ua

Ia

将负荷端口电压进行相位比较， 将负荷端口电压进行相位比较， U

引前120°者称为引前相 U a ; ° 引前

另一为滞后相 U b ;

另一端口(无负荷 为自由相 另一端口 无负荷)为自由相 U c 。 无负荷 注：与电力系统的相序一致

供电系统

4.次边绕组电流与负荷端口电流的关系 次边绕组电流与负荷端口电流的关系

Ib

1 Ib 3 1 Ia 3 2 3 Ia 1 Ia 3

I ′c

Ia

2 1 I ′a = I a I b 3 31 3 Ib1 2 I ′b = I a + I b 3 31 1 I ′c = I a I b 3 3

2 Ib 3

I′

b

I ′a

供电系统

次边三相绕组电流相量图： 次边三相绕组电流相量图： 设次边两负荷相等。 设次边两负荷相等。 为基准相量： 以 I a为基准相量： I a = I∠ 0 °I ′c

I ′a

I b = I∠ 120°

IaI ′b

2 1 I ′a = I a I b 3 31 2 I ′b = I a + I b 3 3 1 1 I ′c = I a I b 3 3

Ib

2 1 2 1 2.65 I ′ a = I a I b = I∠0° I∠ 120° = I∠19.1° 3 3 3 3 3 1 2 2.65 ′ b = I∠0° + I∠ 120° = I I∠ 139.1° 3 3 3 1 1 1 I ′ c = I∠0° I∠ 120° = I∠120° 3 3 3

代入得： 将Ia、Ib代入得：

供电系统

从计算结果可看出，各相绕组电流极不对称。 从计算结果可看出，各相绕组电流极不对称。 在两臂负荷相等情况下， 在两臂负荷相等情况下，Ia=Ib=I (1)两接地相绕组 臂绕组 的电流大小相等， 两接地相绕组(臂绕组 的电流大小相等， 两接地相绕组 臂绕组)的电流大小相等′ ′ Ia = Ib = 2.65 I 3

非接地相绕组(自由相绕组)的电流较小 非接地相绕组(自由相绕组)的电流较小， 自由相绕组 的电流较小，1 1 ′ ′ Ic = I = Ia 3 2.65

(2)馈线负荷电流为臂绕组电流的 馈线负荷电流为臂绕组电流的3 ′ I= Ia 2.65

3 2 . 65

倍，

供电系统

5.容量利用率 容量利用率

Sout K= × 100% Se

设额定输出电压为U 两供电臂额定电流I 设额定输出电压为 e,两供电臂额定电流 a=Ib=Ie 三相变压器的额定容量为： 三相变压器的额定容量为：Se = 3Ue Iel 额定输出容量为： 额定输出容量为： Sout = Ue Ia + Ue Ib = 2Ue Ie3 3 3 1 Ie = I ep = I el = 0.655I el 2.65 2.65 3 I ep = 1 I el

∴ Sout = 2Ue I e = 2Ue × 0.655I el = 1.134Ue I el1.134Ue I el Sout K= × 100% = × 100% = 75.6% Se 3Ue I el

供电系统

6.优缺点 优缺点 优点: 优点 (1)变压器原边采用 结线，中性点引出接地方式 变压器原边采用YN结线 变压器原边采用 结线， 与高压电网相适应。 与高压电网相适应。 (2)结构相对简单，绕组可采取分级绝缘，造价较低。 结构相对简单， 结构相对简单 绕组可采取分级绝缘，造价较低。 (3)运用技术成熟，供电安全，可靠性好。 运用技术成熟， 运用技术成熟 供电安全，可靠性好。 (4)变电所有三相电源，不但所内自用电可靠，而且 变电所有三相电源， 变电所有三相电源 不但所内自用电可靠， 必要时还可向地方负荷供电。 必要时还可向地方负荷供电。

供电系统

缺点： 缺点： (1)变压器的容量不能充分利用，输出容量只能 变压器的容量不能充分利用， 变压器的容量不能充分利用 达到其额定容量的75.6%,引入温度系数后，也 达到其额定容量的 ，引入温度系数后， 只能达到84%。 只能达到 。 (2)和单相结线牵引变电所相比，主接线比较

复 和单相结线牵引变电所相比， 和单相结线牵引变电所相比 设备多，占地面积大，工程投资大， 杂，设备多，占地面积大，工程投资大，而且维 护检修的工作量和费用也相应增加。 护检修的工作量和费用也相应增加。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/23f1.html