高速铁路牵引变压器容量与配置方案优化研究
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第３ ４ 卷， 第５ 期 ２ ０ １ ３年 ９月
文章编 号 ：１ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ５ — ０ ０ ７ ０ — ０ ６
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ ＮＡ ＲＡＩ Ｉ Ｗ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ５
负荷按照阶梯性负荷等效分析存在一定的误差 。文 献 ［ ６ ］ 基 于典 型负 荷 曲线 法计 算 了牵 引 变压 器 温
升 和寿命 损 失 ，但 以指 数形 式表 示 的变压 器发 热方
Ｔ Ｔ
程难 以准确描述实 际物理过程。文献 ［ ７ ］指出高 速铁 路 牵引 变压 器容量 利 用率 不足 ，但采 用更 换牵
童１ ３ ４
ｌ ３ ３
１ ３ ２ ０ ２ ４ ６ ８ １ ０ １ ２ １ ４ １ ６ ｌ ８ ２ Ｏ ２ ２ ２ ４
时 间ｍ
（ ａ ） Ａ相
１ ３ ５
现，因此 ，通过对 牵引变压器绕组 负荷 电流 的测
为 了满 足 高速运 输 和大功 率牵 引 的要 求 ，牵 引
损失 ，据此 提 出便 于 高速铁 路工 程 实施 的牵 引变 压 器 容量 优化 配置 方案 ，从 而提 高牵 引供 电 系统 的技 术 经济 性 。
变压器作为牵引供电系统核心设备 ，其容量需要满 足牵 引供 电 的技术要 求 。并且 在 当前两 部 电价制 计
费方 式下 ，牵 引变压 器 容量选 择 还直接 关 系到 高速 铁 路 运 营 的经 济 性 ，通 过 优 化 牵 引 变 压 器 配 置 方 案 ，有效 提 高 容 量 利 用 率 ，可 以减 少 大 量 电 费 支 出 。针对 我 国高速铁 路 牵引 负荷 特性 ，研究 牵 引变 压器 绕组 温升 和 寿命 损 失 ，是牵 引变压 器 容量选 取 和优 化配 置 的重要依 据 。文 献 ［ １ —２ ］指 出牵 引负 荷过 程是 开展 牵 引变压 器温 升和 寿命损 失 分析 的基 础 。文献 ［ ３ —５ ］ 针对 牵 引变压 器特殊 的结 构 和 电 气特 性 ，建立 了热 路温 升模 型 ，但将 时变 性 的牵引
６ １ ０ ０ ３ １ ）
要：根据高速铁路牵 引负荷 过程 测试 数据 ，构建 基 于热传递微 分方程 的牵 引变压 器温升模 型 ，并 给出
牵 引变压器 中可靠 性最 弱的热改性绝缘纸的相对 老化 率算式 ，据 此计算牵 引变 压器 的寿命损失 。结果表 明 ：为 了有效利用牵 引变压器 寿命 损失 ，可以降低牵引变压器的容量 ，该高速铁路选择 ２ ×３ １ ． ５ ＭＶ Ａ容量等级 的牵 引 变压 器较 为合 理 ；但是 ，为了充 分利用既有单相牵引 变压器 和相关 设施 ，针对 当前 的运 输组 织条件 提出一 主三
Ｓ ｅ ｐ ｔ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ，２ ０ １ ３
高速 铁 路 牵 引变 压 器 容 量 与 配置 方 案 优 化 研 究
陈民武 ，尚国旭 ，智 慧 ，梁泽川
（ １ ．西南交 通大学 电气工程学院 ，四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ；
２ ． 中铁二院工程集团有限责任公 司，四川 成都 摘
备 的牵 引变压器 配置优 化方案 ，该方案能够 有效 提高牵 引变压器 容量利 用率 ，对 电能 质量 的影 响远低 于 ＧＢ ／ Ｔ １ ５ ５ ４ ３ －２ ０ ０ ８标准的限值要求 ，具有 良好 的技术经济性 。
关键词 ：牵引变压器 ；温升效应 ；寿命 损失 ；容量优化 ；配置方案
中 图 分 类 号 ：Ｕ２ ２ ４ ． ２ ２ 文献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ：
有限责任公 司科研项 目 （ ２ ０ １ ２ — ０ ６ ）
陈民武 （ １ ９ ８ ３ ） ，男，安徽宿州人 ，副教授 ，博士 。 作者简介 ：
第 ５期
高速铁 路牵引变压器容量 与配 置方 案优 化研 究
测试 结果 如 图 ２ 一 图 ４所 示 ，测试 结 果 的统 计
情况 见 表 ｌห้องสมุดไป่ตู้表 ２ 。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ 一 Ｏ ｌ 一 ２ ０ ； 修订 日 期 ：２ ０ １ ３ — ０ ５ — ２ ２ 然科学基金资助项 目 （ ５ １ ３ ０ ７ １ ４ ３ ） ；中央高校基本科研 业务 费专项 资金资助项 目 （ ２ ６ ８ ２ ０ １ ３ Ｃ Ｘ ０ １ ９ ） ；中铁二院工程 集团 基金 项 目 ： 国家 自
高速铁路牵 引负荷过程测试
某 高速 铁路 牵 引变 电所 内现 安 装牵 引变 压 器 ４
台 ，总容量 为 ４ ×５ Ｏ ＭＶＡ，４台单 相 牵 引 变 压 器
为 两 两组合 的一 主 一备 ｖ／ ｘ接 线 方式 。对 该 牵 引 变 电所 的牵引 负荷 过程进 行综 合 测试 ，测 点分 布如 图１ 所示 。图 中 ：Ｔ和 Ｆ分别 为二 次侧 接触 线 和正 馈 线 ；▲ 为测 点位 置 。
１ ３ ５
表 ｌ和表 ２的统 计结 果反 映 了高速铁 路牵 引负 荷 过程 主要 数字 特征 ，其 中牵 引变 电所一 次侧 电压 波动在 一 定 程 度 上 体 现 了牵 引变 压 器 容 量 的充 裕 度 ，二 次侧 电流 日平 均值 和 日平 均有 效值 表征 了牵 引负荷 容量 需求 ， 日有效 系数 和带 电有效 系数 表征 了牵 引负 荷 的冲击 特性 。 由于牵引 变压器 绕组 温升 与寿命 损 失 是 牵 引 负 荷 热 效 应 物 理 过 程 的重 要 体
引变压 器 的方案 ，必将 造成 巨大浪 费 ，工 程应 用 中
也 难 以实施 。
Ｒ Ｒ
本文基于高速铁路牵引负荷过程实际测试 ，采 用热传递微分方程建立牵引变压器温升模型 ，根据 热改性绝缘纸的老化率动态评估牵引变压器 的寿命
Ｆ
Ｆ
牵 引变 电所
图 １ 测试装 置安装示意图
文章编 号 ：１ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ５ — ０ ０ ７ ０ — ０ ６
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ ＮＡ ＲＡＩ Ｉ Ｗ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ５
负荷按照阶梯性负荷等效分析存在一定的误差 。文 献 ［ ６ ］ 基 于典 型负 荷 曲线 法计 算 了牵 引 变压 器 温
升 和寿命 损 失 ，但 以指 数形 式表 示 的变压 器发 热方
Ｔ Ｔ
程难 以准确描述实 际物理过程。文献 ［ ７ ］指出高 速铁 路 牵引 变压 器容量 利 用率 不足 ，但采 用更 换牵
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１ ３ ２ ０ ２ ４ ６ ８ １ ０ １ ２ １ ４ １ ６ ｌ ８ ２ Ｏ ２ ２ ２ ４
时 间ｍ
（ ａ ） Ａ相
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现，因此 ，通过对 牵引变压器绕组 负荷 电流 的测
为 了满 足 高速运 输 和大功 率牵 引 的要 求 ，牵 引
损失 ，据此 提 出便 于 高速铁 路工 程 实施 的牵 引变 压 器 容量 优化 配置 方案 ，从 而提 高牵 引供 电 系统 的技 术 经济 性 。
变压器作为牵引供电系统核心设备 ，其容量需要满 足牵 引供 电 的技术要 求 。并且 在 当前两 部 电价制 计
费方 式下 ，牵 引变压 器 容量选 择 还直接 关 系到 高速 铁 路 运 营 的经 济 性 ，通 过 优 化 牵 引 变 压 器 配 置 方 案 ，有效 提 高 容 量 利 用 率 ，可 以减 少 大 量 电 费 支 出 。针对 我 国高速铁 路 牵引 负荷 特性 ，研究 牵 引变 压器 绕组 温升 和 寿命 损 失 ，是牵 引变压 器 容量选 取 和优 化配 置 的重要依 据 。文 献 ［ １ —２ ］指 出牵 引负 荷过 程是 开展 牵 引变压 器温 升和 寿命损 失 分析 的基 础 。文献 ［ ３ —５ ］ 针对 牵 引变压 器特殊 的结 构 和 电 气特 性 ，建立 了热 路温 升模 型 ，但将 时变 性 的牵引
６ １ ０ ０ ３ １ ）
要：根据高速铁路牵 引负荷 过程 测试 数据 ，构建 基 于热传递微 分方程 的牵 引变压 器温升模 型 ，并 给出
牵 引变压器 中可靠 性最 弱的热改性绝缘纸的相对 老化 率算式 ，据 此计算牵 引变 压器 的寿命损失 。结果表 明 ：为 了有效利用牵 引变压器 寿命 损失 ，可以降低牵引变压器的容量 ，该高速铁路选择 ２ ×３ １ ． ５ ＭＶ Ａ容量等级 的牵 引 变压 器较 为合 理 ；但是 ，为了充 分利用既有单相牵引 变压器 和相关 设施 ，针对 当前 的运 输组 织条件 提出一 主三
Ｓ ｅ ｐ ｔ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ，２ ０ １ ３
高速 铁 路 牵 引变 压 器 容 量 与 配置 方 案 优 化 研 究
陈民武 ，尚国旭 ，智 慧 ，梁泽川
（ １ ．西南交 通大学 电气工程学院 ，四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ；
２ ． 中铁二院工程集团有限责任公 司，四川 成都 摘
备 的牵 引变压器 配置优 化方案 ，该方案能够 有效 提高牵 引变压器 容量利 用率 ，对 电能 质量 的影 响远低 于 ＧＢ ／ Ｔ １ ５ ５ ４ ３ －２ ０ ０ ８标准的限值要求 ，具有 良好 的技术经济性 。
关键词 ：牵引变压器 ；温升效应 ；寿命 损失 ；容量优化 ；配置方案
中 图 分 类 号 ：Ｕ２ ２ ４ ． ２ ２ 文献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ：
有限责任公 司科研项 目 （ ２ ０ １ ２ — ０ ６ ）
陈民武 （ １ ９ ８ ３ ） ，男，安徽宿州人 ，副教授 ，博士 。 作者简介 ：
第 ５期
高速铁 路牵引变压器容量 与配 置方 案优 化研 究
测试 结果 如 图 ２ 一 图 ４所 示 ，测试 结 果 的统 计
情况 见 表 ｌห้องสมุดไป่ตู้表 ２ 。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ 一 Ｏ ｌ 一 ２ ０ ； 修订 日 期 ：２ ０ １ ３ — ０ ５ — ２ ２ 然科学基金资助项 目 （ ５ １ ３ ０ ７ １ ４ ３ ） ；中央高校基本科研 业务 费专项 资金资助项 目 （ ２ ６ ８ ２ ０ １ ３ Ｃ Ｘ ０ １ ９ ） ；中铁二院工程 集团 基金 项 目 ： 国家 自
高速铁路牵 引负荷过程测试
某 高速 铁路 牵 引变 电所 内现 安 装牵 引变 压 器 ４
台 ，总容量 为 ４ ×５ Ｏ ＭＶＡ，４台单 相 牵 引 变 压 器
为 两 两组合 的一 主 一备 ｖ／ ｘ接 线 方式 。对 该 牵 引 变 电所 的牵引 负荷 过程进 行综 合 测试 ，测 点分 布如 图１ 所示 。图 中 ：Ｔ和 Ｆ分别 为二 次侧 接触 线 和正 馈 线 ；▲ 为测 点位 置 。
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表 ｌ和表 ２的统 计结 果反 映 了高速铁 路牵 引负 荷 过程 主要 数字 特征 ，其 中牵 引变 电所一 次侧 电压 波动在 一 定 程 度 上 体 现 了牵 引变 压 器 容 量 的充 裕 度 ，二 次侧 电流 日平 均值 和 日平 均有 效值 表征 了牵 引负荷 容量 需求 ， 日有效 系数 和带 电有效 系数 表征 了牵 引负 荷 的冲击 特性 。 由于牵引 变压器 绕组 温升 与寿命 损 失 是 牵 引 负 荷 热 效 应 物 理 过 程 的重 要 体
引变压 器 的方案 ，必将 造成 巨大浪 费 ，工 程应 用 中
也 难 以实施 。
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本文基于高速铁路牵引负荷过程实际测试 ，采 用热传递微分方程建立牵引变压器温升模型 ，根据 热改性绝缘纸的老化率动态评估牵引变压器 的寿命
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牵 引变 电所
图 １ 测试装 置安装示意图