牵引变压器接线及其电气量分析

•
I I90
列磁势平衡方程：
•
I
A
wk.baidu.com
1
2
•
I
B
1
2
•
I
2
•
ω1
IC
*(T)
*
•
ω2
Iα
•
Uα
•
•
I C 1 I 2
3 2
•
IC
1
•
I
2
•••
IA IB IC 0
•
I
A 1
2
•
I
B
1
2
•
I
2
•
•
I C 1 I 2
3 2
•
I
C
1
•
I
2
将
•
I
I0
•
I I90
•
IA
2I
30
3KM
•
2I
3 2
U
A
120
•
IB
•
ω1
IC
*(T)
*
•
ω2
Iα
•
Uα
(T)座原边绕组匝数是(M)座的 3 ，而副边匝数
相等( 2 2 )。
2
(M)座变压器变比:
KM
1 2
(T)座变压器变比: KT
•
•
U
U CD
3
•
U
AB
90
2
1 2
•
U
3 2
1
2
90
3 2
K
M
KT
3 2
KM
由于(M)与(T)两变压器原边电压的关系对应于等边
IB
150
3KM
•
IC
2I
90
3KM
1 2
KM
代入得：
结论
在M、T两供电臂负荷电流大小相等、 功率因数相等的条件下，Scott牵引变压器 原边三相电流大小相等，相位互差120°， 即原边三相电流对称。
(3)Scott变压器容量利用率
达到额定输出时，即 I I Ie
，
此时：
IA IB IC
次边各有一端分别接到 c 牵引侧的两相母线上，公共
端子与轨道及接地网连接。 由于对地电压相位不同，中 间必须用分相绝缘器断开。
1.原、次边电流关系 设变比为KT
•
I AB
1
•
I ab
•
I BC
1
•
I bc
A
KT
KT
B
•
•
I A I AB
1
•
I ab
KT
C • IA
•
•
•
•
I B ( I AB I BC )
1
2
2
100%
3
92.8%
3.阻抗匹配平衡变压器(自学)
所谓平衡变压器必须满足： (1)无论二相侧(负荷侧)负荷状况如何，三相侧(系 统侧)均无零序电流。即三相侧电流为“平衡系”； (2)当二相侧两臂负荷相等时，三相侧负序电流为 零。即三相侧电流为“对称系”。
这里介绍的阻抗匹配平衡变压器就是在普通 YN,d11接线变压器的自由相上增加两个绕组。这 种结构是目前现有平衡牵引变压器中最简单的。 使副边Δ内各绕组阻抗满足阻抗匹配原则，从而使 原边平衡，即三个绕组阻抗满足:
2 3KM
Ie
变压器额定输出容量：Se UI UI 2UIe
变压设计容量：
1
1
Sb UCD IC 2 U ABI A 2 U ABI B
K Se 100% Sb
(UCD U AB )
2Ie 3KM
2Ie 3KM
U AB (
3 2
1)
2Ie 3KM
U
KM
(
3 1) (1 2
2 3 )UIe
•
•
IA
ω1
U AB 3U A30
(M) D
(T)座原边电压
•
U CD
为：
•
Iβ
ω2
•
•
•
•
Uβ
U CD U DA U CA
•
•
•
•
•
U CD U CA U DA U CA U AD
•
U CA
1• U AB
•
U AB 120
1• U AB
2
2
3 3U A150 2 U A30
三相牵引变电所中大多采用的是110kV油浸风冷式变压器，该
牵引变压器的接线采用YN,d11标准联结组。
A
1.原理电路图
B
高压侧绕组为YN，三个端子(A)、(B)、 (A) (B) (C) *
C
(C)接电力系统的A、B、C三相
(X) (Y) (Z)
(或ACB，BCA…)，中性点通过隔离
(a) (b) (c) *
第二章 牵引变压器接线及其电气量分析
§2.1 概述
我国电气化铁路采用单相工频交流制式，取电于 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：
牵引 变压器
牵引变压器除了电压变换外，还有电流和阻抗变
换，称为系统变换： A.B.C
o.α.β
§2.1 单相牵引变电所(通过课后p59 3.4题自学)
(X) (Y) (Z)
注意：带“（）”的字母
(a) (b) (c) *
表示端子号，应与电力 系统相序区分。
(x) (y) (z)
(a)
(c)
A B C
QS
(b)
端子标志及引出线
2.展开图
为了便于分析，通常采用
(A)
展开图。
(B)
画展开图有如下约定：
(C) *
(1)原、次边对应绕组相互平行； (a)
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。
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。 和纯单相结线比，对系统的负序影响减小。设 备相对较少。
缺点：跨相供电
在阳(平关) — 安(康)等线路应用。
§2.2 三相YN,d11接线牵引变电所 ★
4.次边绕组电流与负荷端口电流的关系
•
Ib a
2•Ib 3
1• Ib
3
1•
Ia
3 2•
1•Ia
3 Ia
3
•
Ic
•
b Ia
1• 3 Ib
•
•I b
I a
c
•
Ia
2• Ia
1• Ib
33
•
Ib
1
•
Ia
2
•
Ib
33
•
Ic
1• Ia
1
•
Ib
33
次边三相绕组电流相量图：
设次边两负荷相等。
以
•
I
a
为基准相量：
铁路少用 直接供电， BT 直接供电， BT
铁路少用 AT AT
2.Scott变压器接线牵引变电所
A B C
O
由两台单相变压器构成。
变压器的原边绕组联成倒 T形接入三相电力系统， 副边绕组联成相位差为 90°的V形，公共端接地 和钢轨，两个开口端分别 接入接触网相邻的两区段， 相邻两接触网对地电压相 位不同，故相邻两接触网 区段必须用分相绝缘器断 开。
几种主要平衡接线变压器简况
接线方式
缩写
接线简图
Scott
SCT
LeBlanc
LBL
Modified LeBlanc k übler
MLB KBL
Wood-Bridge
WBR
Modified Wood-Bridge
MWB
Auto Wood Bridge
AWB
本章将重点分析 Scott 接线变压器。
适用供电方式 直接供电， BT
三角形底边和高的关系，故通常称M座为底变压器，
T座为高变压器。
(2)原、次边电流关系
A B
列写电流和磁势平衡关系 C
•
•
IB
式
IA
ω1
•••
原边电流： I A I B I C 0
若副边两相牵引负荷电流 相等时，且M、T两供电臂
(M) D
•
Iβ
ω2
•
Uβ
功率因数相等时，
以
•
I
•
为参考相量：I I0
3
3
3
•
Ic
1
I0
1
I 120
1
I120
3
3
3
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，Ia=Ib=I (1)两接地相绕组(臂绕组)的电流大小相等，
I a
I b
2.65 3
I
非接地相绕组(自由相绕组)的电流较小，
I c
1 3
I
1 2.65
I a
(2)馈线负荷电流为臂绕组电流的 3 倍， 2.65
而电气化铁道牵引负荷通过特定接线的牵引 变压器不会在电力系统中产生“0序分量”，但 通常都会造成负序分量。因此，从三相系统看， 牵引负荷是平衡而不对称的。
也正因为这个特点，电气化铁道正常运行时 不考虑“0序”，只考虑负序，又把对称变压器 称为平衡变压器，目的都是消除或削弱负序。
几种主要的平衡变压器的缩写和接线简图如表所示。
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。
如：哈(尔滨) — 大(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。
二、单相V,v结线
A B C
a b
牵引变电所装设两台单相 结线牵引变压器，作V,v接 线。
V,v接线牵引变压器原 边接入电力系统的两个线电 压(如AB、BC)。
缺点：
(1)变压器的容量不能充分利用，输出容量只能 达到其额定容量的75.6%，引入温度系数后，也 只能达到84%。
(2)和单相结线牵引变电所相比，主接线比较复 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。
YN,d11归算到负荷端口的等值电路模型
•
I
+
•
U
-
ZS ZT +
•
Ic
•
•
•
Ia
I a I0
I b I 120
•
Ia
•
Ia
2• Ia
1
•
Ib
33
•
Ib
1
•
Ia
2
•
Ib
•
33
Ib
•
Ib
•
Ic
1
•
Ia
1
•
Ib
33
将Ia、Ib代入得：
•
Ia
2 3
•
Ia
1 3
•
Ib
2 3
I0
1 3
I 120
2.65 3
I19.1
•
Ib
1
I0
2
I 120
2.65
I 139.1
I
3 2.65
I a
5.容量利用率 K Sout 100%
Se
设额定输出电压为Ue，两供电臂额定电流Ia=Ib=Ie
三相变压器的额定容量为：Se 3Ue Iel 额定输出容量为： Sout Ue Ia Ue Ib 2Ue Ie
I ep
1 3 I el
3
31
Ie 2.65 Iep 2.65 3 Iel 0.655Iel
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
A B
单相牵引变电所
C
单相V,v接线
(X)
(A)
(x)
T (a)
一、纯单相结线
高压绕组AX接三相电源的
某两相(如图中的AC相)，
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、 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。
-
ZS ZT
•
I
•
-
E
•
+ I
•
I
-
ZS ZT
•
U -
•
•+ E
+
I
§2.3三相--两相牵引变电所
1.概述：
这种牵引变电所中变压器为三相—两相平衡
变压器。
在电力系统中对称和平衡是有区别的：
平衡
“0序”，即无“0序分量”称为
平衡，否则为不平衡
对称 “负序”，即无“负序分量”称为
对称，否则为不对称
Sout 2Ue Ie 2Ue 0.655Iel 1.134Ue Iel
K Sout 100% 1.134Ue Iel 100% 75.6%
Se
3U e I el
6.优缺点 优点: (1)变压器原边采用YN结线，中性点引出接地方式 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。 (3)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 必要时还可向地方负荷供电。
QS
开关QS接地。中性点何时接地由电力
调度决定，通常是断开的。
(x) (y) (z)
次边绕组接成Δ，(c)端子接钢轨
(a)
(b)
和地。(a)、(b)端子分别接牵引母线。
(c)
（）内符号表示端子号，
大写为原边，小写为次边
(A) (B) (C) *
其中绕组(ax)，(cz)为负荷相绕组；
绕组(by)为自由相绕组
(b)
(2)原、次边每相绕组的同名端
*
(c)
放在同一侧；
(3)次边绕组的(c)端子接钢轨和地；
3.电压、电流相量的规格化定向
(1)原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向，(看作负 载)，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 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。
1
•
•
( I ab I bc )
I ab
KT
•
•
•
I C I BC
1
•
I bc
U ab
KT
•
•
I AB
IB •
I BC
•
IC
•
I bc
•
U bc
2.额定利用率
当Iab、Ibc达到额定值Ie时，即 Iab=Ibc=Ie， 则额定输出容量：S=IabUe+IbcUe=2UeIe 额定容量： S=2UeIe 所以，K=100% 3.跨相供电
(1)原、次边电压关系及变比关系
A B C
•
IA
ω1
(M) D
•
Iβ
ω2
•
Uβ
•
IB
•
ω1
IC
*(T)
*
•
ω2
Iα
•
Uα
(M)座变压器的绕组原边接入电力系统AB相 (线电压)， (T)座变压器绕组原边一端接(M)座绕组的中 点D，另一端接入C相。
分析：
A
•
以原边相电压 U A为
B C
参考相量，则：
变压器的容量利用率是牵引变电所运行的重要经 济指标。
额定输出容量 K 额定容量 100%
1 UI 1 UI K 2 2 100% 100%
UI
优点：容量可以充分利用，变电所的主接线简单、 设备少。 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，所用电需由附 近的地方电网引入。
*
•
Ia
-
•
La Ua
+
次边电压、电流相量图：
•
Uc
•
(以 U a为参考相量)
a ，b 分别表示负荷 La、Lb的功率因数角。
•
I b b
将负荷端口电压进行相位比较，
•
U
b
•
引前120°者称为引前相 U a ；
另一为滞后相
•
U
b
；
另一端口(无负荷)为自由相
•
Uc
。
注：与电力系统的相序一致
•
a • U a Ia
(4)次边绕组按同名端与原边绕组电压一致。 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 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。
A B C
•
IA
•
Ib
+
•
Ub
L
b
-
•
IB
•
•
UB
IC
-
•
UC
+
•
UA
*
•
- Uc +
•
• Ic •
• Ib Ia •
Ub
Ua