高速客运专线牵引变压器阻抗电压的选择
高速铁路牵引变压器的保护机制研究
关于高速铁路牵引变压器的保护机制研究韩正琴，魏建忠，刘淑萍，高世斌（人名皆为音译）西南交通大学电子工程学院中国成都610031*********************摘要：中国高铁的牵引变压器电压水平比普通列车的要高一些，并且与电力变压器的连接和负载情况有所不同。
本文基于高铁牵引电力系统的特殊要求，对主保护，备份保护，双路保护配置，以及其它与牵引变压器相关的问题进行了研究，最终给出了一个高铁牵引变压器的保护方案。
关键词：高铁；牵引变压器；保护方案；双路保护配置１．引言由于高铁的运行速度和交通密度都比普通火车要高，应和要求更高的机车功率，更长的送电区域以及更稳定的电力供应。
在中国，普通交流电力机车的进线电压通常为110KV。
然而在高速或重载条件下，由牵引导致的逆序，谐波和电压波动越来越严重。
进一步恶化了动车组（EMU）的运行环境。
传统的110KV牵引电力供应系统无法解决由高速铁路产生的电能质量问题，因此有必要采用更高电压等级和更大短路容量的供电系统。
由220kV或330kV 电压等级的供电系统有更大的功率容量和更出色的电能质量，因此被应用于中国的高速铁路中。
为了实现更高的性能，每个牵引站都有两个独立的三相进线系统变压器和两个牵引变压器提供支持。
与110KV相比，220kV或330kV供电系统的系统阻抗更小，短路容量更大，并且还有其它优点。
220kV及以上供电系统提供大约10000 MV A的短路容量，以帮助降低谐波电压畸变，三相电压不平衡，电压波动和其它不良反应。
高铁中的电流有一些新特性，例如进线电压高，运行速度高，以及牵引功率高，这些新特性为供电系统的保护方案提出了新的要求，保护方案应能更快速敏锐地消除故障。
目前在高铁中已经使用的变压器保护更多的还是遵循了普通机车系统中的惯例。
单一主保护和单一备份保护方案会导致一些误操作或无效操作。
为了提高高铁系统的稳定性和牵引供电系统的可靠性，本文对牵引变压器的保护方案进行了分析讨论。
高速铁路牵引供电概述
1.1 牵引供电方式
2.BT供电方式
BT供电方式就是在牵引供电系统中加 装吸流变压器（3～4 km安装一台）和 回流线。这种供电方式由于在接触网 同高度的外侧增设了一条回流线，回 流线上的电流与接触网上的电流方向 相反，因此大大减轻了接触网对邻近 通信线路的干扰。采用BT供电方式的 电路是由牵引变电所、接触悬挂、回 流线、轨道及吸上线等组成。牵引变 电所作为电源向接触网供电；动车组 列车运行于接触网与轨道之间；吸
正馈线与轨道之间的电压也是25 kV。自 耦变压器是并联在接触悬挂和正馈线之间 的，其中性点与钢轨（保护线）相连接。 彼此相隔一定距离（一般间距为10～16 km）的自耦变压器将整个供电区段分成 若干个小的区段，叫作AT区段，从而形 成了一个多网孔的复杂供电网络。接触悬 挂是去路，正馈线是回路。接触悬挂上的 电流与正馈线上的电流大小相等、方向相 反，因此其电磁感应影响可以互相抵消， 故对邻近的通信线有很好的防护作用。
高
速 铁
项目
高速铁路牵引供电概述
路
高速铁路牵引供电概述
高速铁路的牵引供电系统，其本身没有发电设备，而是从电力系统获取电能。 目前，牵引供电系统的供电方式有直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、 同轴电力电缆（coaxial cable，CC）供电方式、直供加回流线供电方式、单 边供电方式和双边供电方式等。
1.1 牵引供电方式
3.AT供电方式
随着铁路电气化技术的发展及动车组的投 入运行，传统的供电方式已不能适应铁路 发展的需要，各国开始采用AT供电方式。 AT供电方式就是在牵引供电系统中并联 自耦变压器的供电方式。实践证明，AT 供电方式是一种既能有效地减弱接触网对 邻近通信线的电磁感应影响，又能适应高
高速铁路牵引变电所-变压器
变压器
变压器概述
变压器是牵引变电系统中最重要的一次设备，其主要功能是变换电 压、传输电能，将一次侧的电能通过电磁能量转换的方式传输到二次侧， 同时根据应用的需要将电压降低，完成电能的输送和分配。
变压器按绕组数目分有双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压 器、自耦变压器等。按电源相数分有单相变压器、三相变压器、多相变 压器等。按冷却方式分有干式变压器和油浸式变压器等。
它通过电的直接连接传导给负载。
牵引变压器的结构
牵引变压器
牵引变压器的结构
牵引变压器
1-油枕 2-呼吸器 3-瓦斯继电器 4-压力释放阀 5-油箱 油浸式变压器油枕部分结构
牵引变压器
牵引变压器的结线型式
纯单相结线
牵引变压器
牵引变压器的结线型式
单相Vv结线
牵引变压器
牵引变压器的结线型式
三相Vv结线
三相Vv结线变压器端子及结线示意图
它指的是自耦变压器的输入容量，也等于自耦变压器的输出容量，其额定值为
SN=U1NI1N=U2NI2N；还要明确自耦变压器的绕组容量(也称电磁容量)，指的是公 共绕组或串联绕组的电压与电流的乘积，低压侧输出容量可表示为：
S2 U2I2 U2 (I1 I ) U2I1 U2I
可见输出容量由两部分组成：一部分为电磁容量U2I，即公共绕组ulu2 的绕组容量，它通过电磁感应作用传递给负载；另一部分为传导容量U2Il，
所用电变压器一般为油浸式或干式变压器。
干式变压器的结构
所用电变压器
所用电变压器
所用电变压器的结线型式
Yyn0结线方式 a)接线图 b)相量图
Dyn11结线方式 a)接线图 b)相量图
自耦变压器
高铁牵引变压器的参数
高铁牵引变压器是高铁电气化铁路的关键设备之一，主要用于将高压电能转换为适合高铁牵引电机工作的低压电能。
以下是一些高铁牵引变压器的主要参数：1. 额定容量：牵引变压器的额定容量通常根据铁路线路的功率需求来确定，以确保能够为列车提供足够的电能。
2. 额定电压：这包括牵引变压器的输入电压和输出电压。
输入电压通常为25kV 或更高，而输出电压则根据具体的列车要求和电气化系统设计而定，常见的有15kV或27.5kV。
3. 变比：变比是输入电压和输出电压之间的比率，例如，如果输入电压是25kV，输出电压是15kV，那么变比就是5:3。
4. 效率：牵引变压器的效率是一个重要的性能指标，它表示变压器转换电能的有效性。
高效的变压器可以减少能量损失，降低运营成本。
5. 重量和尺寸：变压器的重量和尺寸取决于其容量和设计，大型变压器可能重达数百吨，并有较大的体积。
6. 冷却方式：牵引变压器产生的热量需要通过冷却系统散发掉，以维持变压器正常运行。
冷却方式可以是空气冷却、水冷却或油冷却等。
7. 绝缘水平：为了防止电气击穿，变压器需要具备一定的绝缘水平，这通常通过绝缘材料和绝缘结构来保证。
8. 可靠性：牵引变压器需要具备高可靠性，因为故障可能会导致严重的铁路运输中断。
9. 维护要求：变压器的维护工作量也是一个重要考虑因素，需要定期检查和维护以确保其持续运行。
10. 环境适应性：变压器应能适应各种环境条件，包括温度、湿度、污染物等。
以上参数只是高铁牵引变压器众多参数中的一部分，具体的设计和规格会根据铁路线路的具体要求和设计标准而有所不同。
高速铁路V-X结线牵引变压器研究与应用
高速铁路V/X结线牵引变压器的研究与应用摘要：本文通过介绍高速铁路牵引供电方式特点，分析at供电方式下v/x结线牵引变压器的原理和优点，结合广西沿海高速铁路牵引变压器的应用情况，进一步提出该结线形式下存在的问题和进一步研究的重要性。
关键词：v/x结线at供电高速铁路研究中图分类号：u238 文献标识码：a 文章编号：1 前言随着我国国民经济的持续稳定发展，人民生活水平的提高，高速铁路的发展在我国已成为一种趋势。
以京津高铁为起点，随着武广、京沪高铁的开通，高铁发展已进入建设高峰期。
高速铁路具有速度高、运量大、行车密度大的特点，使得供电系统输送的功率大，对牵引供电系统的的要求也随之增加。
针对高速铁路特点，以下将对高速铁路的牵引供电方式和牵引变压器结线方式进行分析研究。
2 牵引供电方式及牵引变压器结线方式高速铁路要求接触网受流质量高，分段和分相点数量少。
目前各国大多采用自耦变压器(at)供电方式和带回线的直接(rt)供电方式。
at供电方式通过在牵引网中增设正馈线和自耦变压器，将牵引供电电压提高一倍，从而使得牵引网的载流能力大大增加，同时减少对通信线路干扰[1]。
单相（三相）v /v结线是牵引变电所主要结线方式之一。
v /v结线牵引变压器具有结线简单、制造容易、两侧容量可按需要进行不同的配置、容量利用率高等特点。
斯科特（scott）牵引变压器实际上是由两台单相变压器按规定连接而成，是at供电方式下牵引变压器的选择之一。
其优点是两供电臂负荷电流大小相等、功率因数也相等时，斯科特结线变压器一次侧三相电流对称；变压器容量可全部利用。
缺点是斯科特结线牵引变压器制造难度较大，绝缘水平需采用全绝缘，工程造价高；牵引变电所主接线复杂，设备较多，工程投资大。
在at供电方式下55k侧出口需配备自耦变压器，变电所占地面积增大。
3 v/x结线牵引变压器的原理v /x结线是v /v结线的特殊形式，v/x结线牵引变压器其实由两台单相双分裂变压器组成，主要通过结线将三相供电系统转化为四相供电系统，其原理如图1所示。
牵引变压器技术规格
101 110kV牵引变压器一、斯科特（Scott）牵引变压器（一）额定值1、容量及供货台数：2、一次电压：110±2×2.5%kV3、二次电压：2×27.5kV4、频率：50Hz5、相数：一次3相二次2相6、连接组标号：7、极性：减极性8、阻抗电压百分值：Uk%=10.5%(二) 性能1、变压器设计寿命应在30年以上，由厂方提供设计依据。
2、过负荷能力变压器应满足24小时内承受连续4个150%～300%负荷循环要求，间隔为240分钟（环境温度30℃）。
过负荷能力还应符合GB/T15164-94或IEC-354“关于油浸式电力变压器负载导则”的各项条款要求。
3、损耗采用低损耗变压器，其空载损耗值在经济技术合理的条件下，应尽量小。
牵引变压器损耗不得大于：4、承受短路电流的能力在任何分接位置能够承受频繁短路电流冲击，在一次侧额定电压及二次侧完全短路的情况下 (不低于每年70～100次,其中50%为近端短路),热稳定要求时间为2s ，动稳定要求时间为0.5s ，而不造成变压器的任何热和机械损伤。
5、阻抗误差：M 座和T 座之间的相对阻抗误差为%5)(2≤+-⨯M T MT Z Z Z Z6、空载电流在额定电压和频率时小于额定电流的1％ 。
7、额定频率时的过励磁能力见下表8、噪声要求变压器的噪音水平应低于国标规定值。
9、温升限值：(连续额定负荷下) 顶层油温(温度计法)：55K 线圈温升(电阻法)： 65K ； （三）型式1、冷却方式：油浸自冷（预留风冷条件）2、户外型3、密封方式：外油式金属波纹储油柜 （四）结构材料1、线圈采用铜线，线圈绝缘应经真空干燥处理。
2、铁芯和线圈固定要牢固，能承受频繁短路电流的冲击，防止运输过程中变压器内部结构产生错位。
3、套管的泄漏距离：4、 变压器的箱体、散热器、连接管路、阀门等应保证完全密封性能、在规定的最高、最低环境温度条件下，不得出现渗油或漏油现象。
高速客运专线牵引变压器阻抗电压的选择
随着 阻抗 电压 的变化 ， 变压器 成本从 增量 和减量 ２ 个方 向趋 向一个 最小 值 。
阻 抗 电 压
８ ％
１ ％ Ｏ
１ １％
３ 不 同阻抗时变压器 电压损失
变 压器 电压损 失如下 Ｉ
△Ｕ （Ｒ Ｑ ） ＝Ｐ ＋ Ｘ ／ Ｕ
表 ３ 德 国Ｄ Ｎ ７ ３ － 规定 Ｉ５ ５ ２ ５
时 ， 考 虑其 他 附加 阻抗 ， 不 变压 器 不 同阻抗 电压 的出 口短 路 电流如表 ６ 示 。 所
表 ６ 不 同短路阻抗下对应 的不同出口短路电流
（） ％
Ｃ Ｂ ＝
为阻抗 电压 ； ￣ ｅ： ｅｗ为绕 组匝数 ； Ｄ为铁心直径 ； Ｃ 为制 造成本 。
维普资讯电
传
动
表２ ＩＣ ０ ７ 规定最小 阻抗 ６０ ６ Ｅ
容量 ／ Ｖ ｋ Ａ
６ ３０１ ２ ５ —１ ００ １ Ｏ１ ４０ ００ ２５ — ０ ４ ０ ００１ ３ ００ —６ ０
表４ 我 国Ｇ ／ ６ ５ － ９ 规定 （ ＢＴ４ １１ ９ ９ 三相双绕组）
容量 ／ Ｖ ｋＡ
６ ３ ０ ３０ ０ Ｉ ０ｋ 电压下 ０ ６ ０ ／ Ｖ １ ３ ０ ６ ０ ２ ０ｋ １５ ０ ３ ００ ０／２ Ｖ电压下
阻 抗 电压
１ ５％ Ｏ．
１ ％ 一１ ２ ４％
匕 表明， 式 阻抗 电压决 定 于绕组 匝数 Ｗ和铁 心 直
变 压器 阻抗 越小 ， 受 的短 路 电流 越 大 。 牵 引 承 而
径的变化 。 选择不 同的 ｗ和Ｄ 决定 变 压 器具 有 不 同 的阻抗
电 压 和 制造 成 本 ，因此 总 可
变 压器 又往 往 要 承受 频 繁短路 ， 因此 ， 提 高运行 可 要
高速铁路牵引供电技术
5、无功补偿及滤波装置
本线高速列车采用交-直-交动车组，其 功率因数在0.97左右，故暂不在各牵引变 电所内设置无功补偿装置。
在谐波方面，高速铁路采用交-直-交动 车组，其谐波含量（尤其是3、5和7次谐波） 比交直机车明显减少，可以大大改善谐波 电压畸变率。同时电网的不断扩大，提高 了对负序和谐波的承受能力，相应解决了 牵引供电的负序和谐波问题。
根据我国国情，应首先选用AT供电方式。
高速铁路牵引供电技术
3、供电方式对外部电源的要求
1）外部电源电压应为220kV 京沪高速铁路是繁忙干线和重负荷线路，从
高速电铁牵引负荷的需用功率与电力系统相应电 压等级所适应的输送功率应相匹配的角度来看， 牵引变电所的外部电源电压等级应是220kV，
牵引变电所的外部电源是线路的基础设施之 一，只有采用220kV电源电压供电才能满足最高 时速为350km/h的高速列车稳定正常运行的需要。
高速铁路牵引供电技术
4、牵引变压器选型及容量
1)牵引变压器接线种类
牵引变压器接线型式有单相牵引变压器、V/V接 线牵引变压器、平衡型牵引变压器和三相Y/牵 引变压器
2)牵引变压器接线特点
单相牵引变压器：容量利用率高，牵引变压器 的安装容量小，负荷平稳、电能损耗小、运营费 用低、结构简单、可靠性高、设备数量少、运营 维护方便和工程投资低、减少接触网电分相数量 和有利于电力机车再生能量的利用等优点，但对 电力系统的负序影响大。
④减少了电分相数量，有利于列车的高速运行；
高速铁路牵引供电技术
2、牵引网供电方式的比较
1)AT供电方式特点
⑤ 牵引网系统需设正馈线，较一般直供方式复 杂，但在重负荷区段不必设加强导线，可与直 供方式相当；变电系统较直供方式减少了牵引 变电所的数量，但需设AT所，开关设备需用双 极；
变压器是选阻抗大的还是阻抗小的
变压器是选阻抗大的还是阻抗小的
一、变压器的阻抗电压(现在标准上的叫法为：《短路阻抗》)
标准值用百分数(标幺值)来表示。
不同的变压器，其标准值在变压器的国家标准上有明确的规定。
但在变压器制造时会产生误差。
其误差范围为：+7.5%到 -7.5%之间(以前是+-10%)。
如果你的变压器短路阻抗的标准值为4%，就按以前10%来计算，变压器阻抗范围在应
3.6%-
4.4%为合格产品。
并要把此数据打在变压器名牌上。
如果真像你所说，只有3.4%左右(一般小型配电变压器的标准值为4%或4.5%)，可能是不合格产品，建议你们仔细查查。
二、变压器的短路阻抗与变压器的很多因素有关。
如变压器的容量、损耗、内部的线圈结构等等。
但一旦变压器制造完以后是不变的。
三、这个短路阻抗对使用者而言是很重要的技术指标。
如对供电系统的稳定性、对负载的供电质量、对变压器并联后的安全与可靠性等等都有关系。
四、变压器的短路阻抗，就是他自身的阻抗。
阻抗大了，变压器需要抵抗短路电流的倍数小了，相对而言抗短路能力强了，但变压器的外特性(伏安特性)软了(随变压器输出电流的增加，其输出电压--变压器端电压降了很厉害)。
反之，短路阻抗小了，变压器需要抵抗短路电流的倍数大了，要求变压器有较强的抗短路能力。
当然变压器的外特性好了。
五、另外短路阻抗还会影响变压器的制造成本。
他不是越大越好，也不是越小越好。
要综合考虑，所以在国家标准上有严格的规定。
本资讯来源于中国变压器交易网!。
最新高铁设计规范电力牵引供电
最新高铁设计规范电力牵引供电11 电力牵引供电 11.1 一般规定 11.1.1 牵引供电系统能力应与本线的线路能力、路网中的定位相匹配。
11.1.2 牵引供电系统应保证可靠性、独立性和完整性。
在确保高速铁路安全可靠供电和运营方便的前提下，有条件时可对相邻线和枢纽供电。
11.1.3 牵引供电系统正常运行或故障时，应保证人员及设备安全。
11.2 牵引供电 11.2.1 牵引负荷为一级负荷;牵引变电所应采用两回独立进线，并互为热备用;供电电源应采用220kV或以上电压等级，电力系统供电质量应符合国家相关规定。
11.2.2 接触网的标称电压为25kV，长期最高电压为27.5kV，短时(5min)最高电压为29kV，设计最低电压为20kV。
11.2.3 正线牵引网宜采用2×25kV供电方式;枢纽地区跨线列车联络线、动车组走行线和动车段(所、场)等可采用1×25kV供电方式。
11.2.4 牵引变电所分布应按本线最高设计速度的动车组以行车组织确定的列车编组和追踪运行间隔进行设计。
11.2.5 动车段(所)应采用两回电源供电，其中至少应有一回为独立电源。
11.2.6 牵引变压器结线型式优先采用单相结线，困难时可采用其他结线型式。
11.2.7 牵引变压器、自耦变压器应采用固定备用方式;正常运行时，牵引变压器一台(组)运行，另一台(组)备用。
11.2.8 牵引变压器安装容量按交付运营后第五年运量确定，并按远期运量预留条件;牵引变压器、自耦变压器过负荷能力应符合高峰小时牵引负荷的需要。
11.2.9 牵引变压器短路阻抗选择应在符合电压要求前提下，兼顾降低短路电流。
11.2.10 牵引网采用同相单边供电。
自耦变压器所、分区所处应具备上、下行并联供电条件。
11.2.11 在正常供电布局的前提下校核牵引变电所的越区供电能力。
越区供电能力至少应保证该区间有一对动车组按设计速度运行。
11.2.12 接触电压长期持续值不应高于60V，瞬时(0.1s)值不应高于842V。
高速铁路牵引供电系统变压器容量选择的经济性分析
3 牵引变压器安装容量的经济性选择
3.1 总费用计算模型
牵引变压器的使用寿命一般为 20～30 年，对
高速铁路而言，牵引变压器安装容量选择一般采用
2 种方式。方式一：按初期行车组织选择牵引变压
器安装容量，近期或运量大幅增长时再更换牵引变
压器；方式二：按近期追踪间隔选择牵引变压器安
装容量。
采用方式一可提高牵引变压器容量利用率，减
1 牵引变压器容量对经济效益的影响
供电部门对大宗工业用电实行两部制计费方 式，即同时收取基本电费和电度电费。其中基本电 费的计收方式又分为按变压器安装容量计价和最 大用电需量计价。我国铁路运输部门向供电企业缴 纳的最终电费由基本电费、电度电费、功率因数调 整电费 3 部分组成。对同一电力用户而言，电度电 费和功率因数调整电费是固定不变的，电费缴纳的 差别由基本电费的缴纳方式决定。
高速铁路牵引供电系统变压器容量选择的经济性分析
黄玲珍
DOI：10.19587/ki.1007-936x.2019z.027
高速铁路牵引供电系统变压器容量选择的经济性分析
黄玲珍
摘 要：通过分析牵引变压器安装容量与高速铁路运输组织、经济效益的关系，给出牵引变压器投资、牵引供
电运营总电费的计算模型，计算更换牵引变压器的时间节点，经技术经济比选后确定合适的牵引变压器安装容
少基本电费支出，降低运营成本，但增加了更换牵
引变压器的成本。方式二不需要更换牵引变压器，
但基本电费支出增加。2 种方式选择的关键点在于
更换牵引变压器的时机，更换时间越晚，方式一的
优越性越明显。以下从经济性角度分析 2 种方式的
时间节点，基本电费均采用安装容量法计价。
采用方式一按需要更换牵引变压器时，总费用
高速铁路牵引变压器双重化保护配置方案
高速铁路牵引变压器双重化保护配置方案与普速铁路相比，我国高速铁路牵引变压器的电压等级更高。
与电力系统变压器相比，我国高速铁路牵引变压器的接线方式和负荷有很大不同。
文章针对高速铁路供电系统的特殊要求，分析了变压器的主保护和后备保护及其双重化配置等问题，讨论了高速铁路牵引变压器的保护配置方案。
标签：高速铁路；牵引变压器；保护配置1 变压器保护的双重化需求高速铁路由于行车密度大、机车功率大等特点，对外部电源的容量及稳定性和可靠性要求都较普速铁路高，所以在外部电源选取上采用了比110kV更高的220kV及330kV等级的供电电源。
借鉴电力系统的运行经验，根据GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》4.3.3.3的要求，变压器电压等级为220kV及以上时，电量保护为微机式的应配置双重化保护方案。
2 差动保护我国高速铁路牵引变电所一般采用单相变压器或Vv接线变压器。
牵引变压器差动保护一般由比率差动保护和差动速断保护两个元件组成，其动作特性如图1所示。
图1 牵引变压器差动保护的动作特性2.1 比率差动保护比率差动保护的比率制动特性用以躲过电流互感器产生的误差。
此外，在隔离外部故障或空载投入变压器等情况下会产生较大的励磁涌流，可能导致变压器差动保护误动。
为了防止保护误动，需要对励磁涌流闭锁。
牵引变压器的比率差动保护一般采用二次谐波闭锁判据以防止励磁涌流引起的差动保护误动，并采用三相或门方案，其原理框图如图2所示。
图2中，IdA1、IdB1、IdC1和IdA2、IdB2、IdC2为主变压器三相差动电流中的基波分量和二次谐波分量，K2.set为二次分量闭锁定值。
而将相电流作为制动电流的比率差动保护存在一定缺陷，例如匝间故障较为轻微且此时负荷功率较大时，将很大程度上降低比率差动保护的动作灵敏度。
若要解决匝间故障较为轻微情况下的灵敏度问题，可将比率差动改进为故障分量式，因为在故障情况下二者具有基本相同的差动电流，但二者却有着截然不同的制动电流。
牵引供电方式识别与应用—电压等级(高铁牵引供电系统)
项目一 牵引供电方式识别与应用
01
电力系统概述
知识点6-2：线电压与相电压
Um 0
–Um
uu
uV uW
180
2 360°
t
°
U U
N
U
U UV N
U V
U WU
V
U W
U VW相电压 120°
•
UV
•
U WU
120°
•
UW 30°
•
-UU
•
UV
30°
•
U VW
线电压
•
•
•
•
牵引变压器一次侧额定电压就是 线电压，故线电压为110kV，相 电压=110kV/1.732=63.51kV
线电压与相电压
左图为10kV电力架空配电线路， 其线电压与相电压分别是多少kV？ 线电压为10kV 相电压=10/1.732=5.77kV？
线电压与相电压
左图为27.5kV所用变压器，其二 次侧额定电压为400V，其标称 线电压与相电压分别是多少？
项目一 牵引供电方式识别与应用
01
电力系统概述
知识点6-1：电力系统电压等级
电力系统电压等级
问题1：什么是电力系统 电压等级？
是指在电力系统中使用的标称电压值系列。
【系统标称电压】 指用以标志或识别系统电压的给定值。
电力系统电压等级
问题2：电力系统有哪些 电压等级？
国家标准《GB/T156-2007标准电压》规定了电力系统以及 相关设备的标准电压。其中，交流(或直流)系统的标准电压 用“标称电压”表示；相关设备的标准电压用“额定电压” 表示。该标准给出了三相交流系统的标称电压值有1000、 750、500、330、220、110、66、35、20、10、6、3、 1、0.38、0.22(单位为kV)等电压等级。其值均为线电压。
高速铁路牵引供电系统继电保护研究
高速铁路牵引供电系统继电保护研究摘要：高速铁路的牵引供电系统的主要功能就是向电力机车提供连续可靠的电能。
但是，由于系统结构、供电方式、用电负荷的不同，牵引供电系统继电保护原理与电力系统有很大差别，因此，需要加强高速铁路牵引供电系统继电保护的研究。
基于此，文章就高速铁路牵引供电系统继电保护进行分析。
关键词：高速铁路；牵引供电系统；继电保护1.高速铁路牵引供电系统概述从组成上来看，高速铁路车辆牵引供电系统由牵引网、电力机车组和牵引变电所构成。
利用牵引变电所完成电能转化后，系统能够利用独立电源进线将电能传送给牵引网，从而为车辆供电。
而由于牵引负荷为单相负荷，所以需要利用特别变压器将负荷均匀分配到系统三相中。
在高铁上，则通常采用V/x接线等牵引变压器。
在供电方式上，系统主要采用全并联AT供电方式，设置有多个供电回路，所以在故障发生时会产生多个回路给短路点供电，对继电保护有特殊要求。
此外，高铁车辆采用交-直-交电力机车，电路谐波成分等有一定差异，因此也将影响继电器保护功能的发挥。
2.继电保护研究2.1线路保护研究2.1.1电力系统线路保护由于全线速动的需要，电力系统220kV以上电压等级的线路普遍采用以光纤为通信通道的线路电流差动保护作为主保护。
光纤电流差动保护简称光差保护，其保护原理建立在基尔霍夫电流定律的基础之上，具有良好的选择性，能快速地切除保护区内的故障，长期以来对其的研究一直不断。
电力线路能够应用电流差动保护的一个重要前提是电力负荷在被保护线路的区域以外，与牵引网有很大不同。
作为牵引网的负荷，电力机车或动车组会在牵引网区段内沿线移动。
如果牵引网采用差动保护，在负荷工况下差动电流将是所有负荷电流之和，差动保护的动作电流必须躲过最大负荷电流。
在此情况下，差动保护的动作电流与过电流保护的动作电流相同，两者的灵敏度也相同。
2.1.2牵引网保护高速铁路牵引网沿用了普速铁路采用的保护原理，主要有距离保护、过电流保护、电流增量保护等。
牵引变压器技术规格
101 110kV牵引变压器一、斯科特（Scott）牵引变压器（一）额定值1、容量及供货台数：2、一次电压：110±2×2.5%kV3、二次电压：2×27.5kV4、频率：50Hz5、相数：一次3相二次2相6、连接组标号：7、极性：减极性8、阻抗电压百分值：Uk%=10.5%(二) 性能1、变压器设计寿命应在30年以上，由厂方提供设计依据。
2、过负荷能力变压器应满足24小时内承受连续4个150%～300%负荷循环要求，间隔为240分钟（环境温度30℃）。
过负荷能力还应符合GB/T15164-94或IEC-354“关于油浸式电力变压器负载导则”的各项条款要求。
3、损耗采用低损耗变压器，其空载损耗值在经济技术合理的条件下，应尽量小。
牵引变压器损耗不得大于：4、承受短路电流的能力在任何分接位置能够承受频繁短路电流冲击，在一次侧额定电压及二次侧完全短路的情况下 (不低于每年70～100次,其中50%为近端短路),热稳定要求时间为2s ，动稳定要求时间为0.5s ，而不造成变压器的任何热和机械损伤。
5、阻抗误差：M 座和T 座之间的相对阻抗误差为%5)(2≤+-⨯M T MT Z Z Z Z6、空载电流在额定电压和频率时小于额定电流的1％ 。
7、额定频率时的过励磁能力见下表8、噪声要求变压器的噪音水平应低于国标规定值。
9、温升限值：(连续额定负荷下) 顶层油温(温度计法)：55K 线圈温升(电阻法)： 65K ； （三）型式1、冷却方式：油浸自冷（预留风冷条件）2、户外型3、密封方式：外油式金属波纹储油柜 （四）结构材料1、线圈采用铜线，线圈绝缘应经真空干燥处理。
2、铁芯和线圈固定要牢固，能承受频繁短路电流的冲击，防止运输过程中变压器内部结构产生错位。
3、套管的泄漏距离：4、 变压器的箱体、散热器、连接管路、阀门等应保证完全密封性能、在规定的最高、最低环境温度条件下，不得出现渗油或漏油现象。
电气化铁道牵引变压器的特点和高速客运专线牵引变压器选型分析_郭满生
是
是
是
高压侧电流是否对称
是
是
是
低压侧是否有三角形绕组 是
是
是
阻抗匹配难易程度 难，唯一 易，一定范围 易，一定范围
高压侧阻抗对称度
高
高
高
容量利用率
0.959 8 0.952 3~0.958 5 0.959 8
制造复杂程度
简单
复杂
简单
表 1 中 适 用 于 DF/BT 供 电 方 式 的 两 种 产 品 的 电气原理示意图见图 4。 其中 YNd11 结构的牵引变 压器的容量利用率较低， 对电力系统的负序影响介 于单相牵引变压器和平衡型牵引变压器之间， 制造 和运行经验较成熟， 是电气化工程中的基本选择之 一。 由于我国电网容量的增强，VV 接线牵引变压器 因其高效率和容易配置的特点近年来得到了大量的 应用。
3 牵引变压器类型
牵引变压器是牵引变电所的关键设备， 在我国 由于不同时期各地发展不平衡， 在役牵引变压器的 接线型式较多， 这主要取决于牵引变压器受电侧电 力网系统容量的大小。 牵引变压器受电侧可以采用 三相也可以采用单相，而其供电侧均为单相。对于受 电侧为三相的牵引变压器， 其供电侧通常为两个单 相。 现有的牵引变压器有单相牵引变压器、V 接线牵 引 变 压 器 、Scott 接 线 平 衡 牵 引 变 压 器 ，Kubler 接 线 平衡牵引变压器及十字交叉型牵引变压器等。 其中 所谓平衡变压器是一种三相-两相变换的降压变压 器， 通过平衡变压器由电力网直接向不平衡的负载 供电而不破坏三相系统的对称性。 该类变压器有两 个显著特点：其一，可将对称三相电力系统变换为幅 值相等、 相 位 差 为 90°电 角 度 的 两 相 电 力 系 统 ；其 二，两相侧负载相等时，三相侧电流对称；两相侧负 载不相等时，三相侧电流平衡。
牵引变流器元器件参数计算及选型方法
5 牵引变流器元器件参数计算及选型方法CRH 3型动车组牵引传动系统主电路图如图4.1所示，主要由四象限脉冲整流器、直流中间环节和逆变器部分组成，牵引变流器的模块具有互换性。
变流器采用两电平技术，使变流器的开关管数目减少，向模块化、简洁化方向发展。
CRH 3型动车组脉冲整流器采用瞬态电流控制，由于电平数较三电平整流器少，因此在直流环节加入了LC 滤波电路，以减小谐波含量。
牵引逆变器采用直接转矩控制策略，并由两电平SVPWM 调制器调制输出开关信号来控制逆变器。
牵引变流器元器件设计选型时，首先进行元器件的基本参数计算，再根据元器件的特性和工程经验选择合适的产品，最后通过仿真和试验来验证和修正参数。
本章主要对牵引变流器中关键元器件的参数计算及选型方法进行说明。
5.1 四象限整流器基本参数的计算方法所谓四象限整流器是指在牵引工况以及制动工况时，电压U 和电流I 间的相位角可已通过脉宽方式调节。
通过对电压和电流间的相位角的控制，牵引电动机能够在电压U 和电流I 组成的全部四个象限内工作，从而实现能量的双向流动。
四象限整流器的输入电压计算公式如下:NU =)1(22p dX U N +⋅（5-1）式中d U —直流电压N —调制比 p X —牵引变压器短路阻抗根据式（4-1），可算得一个N U 值，再考虑30kV 高网压时的电压修正(K=25/30)，最终算出的输入电压N U 。
四象限整流器输入电流计算公式如下:NI =ληη⋅⋅⋅21N U P （5-2）式中 P —牵引电机输出功率 N U —输入电压1η—牵引电机效率2η—牵引变流器效率λ—牵引变流器输入功率因数根据式（4-2），可算得输入电流N I 、和最大输入电流max N I四象限整流器技术参数四象限整流器的输入频率：50HZ ；标称额定关断电压：6.5kV四象限整流器的输入功率:牵引工况：约 2 ⨯1430 KW ；制动工况：约 2 ⨯900 KW ；半导体器件：IGBT四象限整流器安装位置车下防护等级：IP54冷却介质：根据EN 60529冷却液含有防冻剂的软化净化水标准选择标准：IEC 61287；EN 603105.2 牵引逆变器基本参数的计算方法牵引逆变器的输入电压即牵引变流器的中间直流回路电压d U 。
V_V接线铁路牵引变压器供电线路距离保护定值整定探讨
V/V接线铁路牵引变压器供电线路距离保护定值整定探讨发布时间：2021-08-23T15:10:28.383Z 来源：《当代电力文化》2021年4第12期作者：梁国英时玉坡[导读] 随着我国高铁跨越式发展，越来越多的电铁牵引站投入运行梁国英时玉坡中国铁路济南局集团有限公司青岛供电段山东青岛 266000摘要：随着我国高铁跨越式发展，越来越多的电铁牵引站投入运行。
而电铁牵引变压器的电压等级、接线方式种类繁多，等值模型各不相同，给距离保护的整定计算带来诸多问题。
本文分析了常见电铁牵引变压器等值阻抗的计算方法，并从整定计算的角度分析距离保护取值原则。
关键词：牵引变；整定；高铁；归算阻抗我国牵引变压器接线型式主要有5种，分别为单相接线、V/V接线、Y/d接线、Scott接线、阻抗平衡接线变压器。
在铁道电气化牵引变电站中多数情况：高压为110kV，低压为27.5kV。
因为铁道电气化是需要单相供电（27.5kV侧），而电源方（220kV侧）是三相电源，这样通过V/V接线变压器实施了三相变两相（两个单相，分别供上、下行机车）的目的，这种V/V接线变压器结构简单，节材、节能、体积小、为100%的利用率。
1.电气化铁路运行特性及电气特征1.1电气化铁路运行特性电气化铁路牵引负荷是电力系统的重要负荷，同时又是一种特殊负荷，具有不对称性、非线性、冲击性、越区供电能力要求高、短时集中负荷特征明显、负序谐波特性明显等显著特点。
电气化铁路牵引供电系统是一个非常庞大而复杂的系统，包括牵引变、接触网、电力机车等很多部分，每一部分又呈现复杂多样的特点。
这些使得配套供电工程的方案设计不同于普通供电工程的方案设计，需要考虑更多的因素，设计更加复杂，对供电技术提出了更高标准，协调工作量更大。
对于时速160公里，牵引重量为1000吨的列车，所需牵引功率4600kW；时速为250公里，牵引重量仍为1000吨时，列车牵引功率达到13300kW，速度提高0.6倍，牵引功率增加1.9倍；高速铁路设计最高时速350公里，列车牵引功率将达到24800千瓦，速度提高1.2倍，牵引功率则提高4.4倍；对于万吨重载列车、设计时速100公里时，牵引功率达到28000kW，重载铁路牵引功率还稍大于高速铁路的牵引功率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
式中，ｗ为绕组匝数；Ｄ为铁心直径。 式（１）表明：阻抗电压决定于绕组匝数Ｗ和
铁心直径的变化。 变压器成本关系：
ＣＢ－－旭％）＝吖罟）
选择不同的Ｗ和Ｄ决定变压器具有不同的阻 抗电压和制造成本，因此总可以找到满足性能要求 的最经济的阻抗电压范围。变压器成本与阻抗电压 关系曲线如图１所示。
线采用交流传动技术，大负荷功率因数接近Ｉｔ３１，
因此，产生的电压损失主要是由有功的电阻压降和
无功的非理想的移相角引起，均不构成压降的主
体。
也即是，选择客运专线牵引变电所的牵引变压
器的阻抗电压不应再拘泥于传统的直流传动下的
选择低阻抗以减少电压降的原理。
４不同阻抗时的短路电流及钢轨电位
牵引网短路电流如式（４）：
法的研究ｆＪ】．机车电传动，２制【Ｊ】．机车电传动，２００３，（５）． 【６】韩祯祥．电力系统分析（第二版）ｆＭ】．浙江大学出版 社，１９９７．
（上接第１４２页） 图２中，最高钢轨电位为１ ６４４ Ｖ，接近２倍
的短时电位（１ ６８４Ｖ）临界，应予注意。 由此可见，为了满足安全的需要，客运专线牵
舞面羟 霹一沮一；Ｄ
变压器阻抗越小，承受的短路电流越大。短路
机械力与电流的平方成正比。而牵引变压器又往往
要承受频繁短路，因此，要提高运行可靠性，必须
选取较大的阻抗。由表５中数据分析可知，在同一
个容量里，在器身结构相同的条件下，阻抗电压为
低的短路应力为阻抗电压高的近２倍，这对变压器
的安全运行必定造成不良影响。所以，从提高变压
确定了客运专线牵引变电所牵引变压器的受 电电压，继接线形式和容量一经确定，作为主变压 器产品重要参数之一的阻抗电压则须进一步予以 确定，既是设计的基础工作之一，也是后继设备订 货或招标的需要。
我国既有的电气化铁道一般牵引变压器采用 １１０ ｋＶ受电，阻抗电压选用１０．５％或８．４％，哈大 线采用了２２０ ｋＶ，８％，下文对高速客运专线牵引 变电所的牵引变压器的阻抗电压进行介绍。
高速客运专线牵引变压器阻抗电压的选择
黄足平，昊利仁
高速客运专线牵引变压器阻抗电压的选择
黄足平，吴利仁。
摘 要：从变压器的产品标准、阻抗电压与成本的关系、阻抗电压与性能的关系、阻抗电压与电压损失的关系、
客运专线牵引供电短路水平要求等多个方面论述了客运专线牵引主变压器阻抗电压的参数选择。 关键词：电气化铁道；客运专线：变压器：阻抗电压
器可靠性要求出发，还是取高阻抗电压较为有利。
高速客运专线由于负荷大、道床几近绝缘等原
因，降低钢轨电位成为了客运专线设计考虑的内容
之一。
按前述条件计算的钢轨电位如图２所示。
图２钢轨电位图 （下转第１４７页）
１４２
高速列车负荷分析和供电系统的算法研究
楚振字
图５ｆ １个追踪时分内功率因数曲线 图５某高速变电所电压水平、变电所功率、载流量、电能
（２）若非单相变压器接线型式，可取选为 １２。５％以下。 参考文献： 【１】黄足平．客运专线牵引变压器选型综合分析【Ｊ】．电气化 铁道，２００５，６． ［２】西安交通大学，电力工程【Ｍ】．水利电力出版社，１９８４． 【３】牵引供电设计用高速机车车辆参数的仿真拟合．铁四院， 湖北省省级评审，２００５． ［４】曹建猷．电气化铁道供电系统【Ｍ】．北京：中国铁道出版 社。１９８４． 【５】吴命利，黄足平，辛成山．降低电气化铁道钢轨电位技术 措施的研究【Ｃ】．铁路客运专线建设技术交流会论文集．长 江出版社，２００５．
１２．５０
（４）我国ＧＢ／Ｔ６４５１—１９９９规定（三相双绕组）。
表４我国ＯＢ／Ｔ ６４５１．１９９９标准规定的阻抗电压
容量，ｋｖＡ
阻抗电压（％）
６ ３００～６３ ００Ｑ，１１０
１０．５
３１ ５００～３６０ ０００／２２０
１２～１４
２阻抗电压与成本的关系
阻抗电压反映了变压器的结构特征，其关系如 下：
Ｉｄ＝Ｅ１２（Ｘｘ＋Ｚｄｌ２）
（４）
式中，Ｅ为电源电压，墨包含系统和变压器的短路
电抗（主要是变压器的短路电抗），磊为牵引网阻
抗。
系统短路容量取１０ ０００ ＭＶＡ，牵引变电所取
１００ ＭＶＡ，不考虑其他附加阻抗，变压器不同阻抗
电压的出口短路电流如表５。
攀搿 罴一
阻一抗一 抗一。一 电一％一 压一，一
容量／ｋＶＡ
阻抗电压（％）
６ ３０１～１２ ５００
８
１２ ５０ｌ～４００００
１０
４０００１～６３０００
１１
（３）德国Ｄ玳５７５３２．５规定。
表３德国ＤＩＮ ５７５３２．５标准规定的阻抗电压
容量／ｋＶＡ
阻抗电压（％）
６ ３０１～１２ ５００
８．３５
１２ ５０１～２５０００
１０．００
２５ ｏｏｌ～２０００００
中图分类号：Ｕ２２４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７—９３６Ｘ（２００６）ｚ．０１４１－０２
Ｏ引言
《客运专线牵引变压器选型综合分析》【ｌ】示 出：高速客运专线“采用单相变压器的典型牵引变 电所的高峰小时（３ ｍｉｎ）负荷容量高达１６０ ＭＶＡ， 而瞬时冲击负荷高达近２３０ ＭＶＡ”，这个结论意谓： 高速客运专线的牵引变压器的一次侧受电电压等 级必然选用２２０ ｋＶ。
【２】饶忠．列车牵引计算（第二版）【Ｍ】．北京：中国铁道出 版社，２００３．
【３】
Ｆｒａｎｋ
ｅｔｃ．Ｅｌｅｋｔｒｓｃｈｅ
Ａｕｓｍｓｔｕｎｇ
ｄｅｓ
Ｈｏｃｈｇｅｓｃｈｗｉｎｄｉｇｋｅｉｔｓｚｕｇｅｓ Ｖｅｌａｒｏ Ｅ 【Ｊ】． Ｂａｈｎｅｎ，２００４，（３）．
Ｅｌｅｋｔｒｓｃｈｅ
【４】万洪海，张舟云等．交流传动车辆电气制动功率选择方
引变电所的牵引变压器的阻抗电压也不应选的过 低。 ５结论
由上述从变压器的产品标准、阻抗电压与成本 的关系、阻抗电压与性能的关系、阻抗电压与电压 损失的关系、客运专线牵引供电短路水平等诸多关 系的综合分析不难得出，高速客运专线牵引变压器 阻抗电压要求如下：
（１）高速客运专线的牵引主变压器接线采用 单相变压器接线型式宜选为１２．５％及以上；
１４１
电气化铁遁
客运专线技术研讨会论文集
图１变压器成本与阻抗电压关系曲线图 可见，变压器成本与阻抗电压的选取具有最佳 的经济值，既不能过高，也不能过低。
３不同阻抗时变压器电压损失
变压器电压损失如式（２）：
ＡＵ＝（ＰＲ＋ＱＸ）／Ｕ
（２）
式中，Ｐ为负荷有功功率，Ｑ负荷无功功率，尺为
变压器电阻（较小），Ｘ变压器电抗。由于客运专
１４７
高速客运专线牵引变压器阻抗电压的选择
作者： 作者单位：
黄足平， 吴利仁 铁道第四勘察设计院电化处,湖北武汉,430063
本文链接：/Conference_6321626.aspx
损失等电气指标的仿真曲线
３结束语
本文从能量守恒的观点出发，结合动力学对高 速列车负荷特性进行了初步分析，并对高速牵引供 电系统的潮流仿真计算方法进行了探讨，希望这些
工作有助于加深对高速铁路牵引负荷特性的理解， 对高速牵引供电系统的设计有所裨益。
参考文献： 【１】郑州一武汉客运专线预可行性研究【Ｒ】．成都：铁道第二 勘察设计院，２００４．
１各国对大中型变压器阻抗电压的规定
（１）英国ＢＳｌ７１标准（单相）。 表１英国ＢＳｌ７１标准规定的阻抗电压（％）表
（２）ＩＥＣ６００７６规定最小阻抗。
作者简介：黄足平．铁道第四勘察设计院电化处，高级工程 师，湖北武汉４３００６３，电话：０２７．５１１５５３８４； 吴利仁．铁道第四勘察设计院电化处。
表２ ＩＥＣ ６００７６标准规定的最小阻抗电压