牵引变电所整流机组-城市轨道交通供电2。

第三章 牵引变电所整流机组
牵引整流机组接线方式 整流机组外特性 关键技术选择
整流机组外特性
整流机组的外特性：直流输出端电压随其负荷（或短路） 电流变化的关系曲线，呈非线性特性。 整流电路的外特性是表征整流电路主要性能的重要 特性之一，用途：
（1）确定直流电压调整率；可以校验在某一负载电流下， 直流电压是否满足需要。


1.654 X X arctg R R
eq P eq q
（3）直流输出端电压、电流在第Ⅲ线性区内

Req Rq

X eq X P 0.955

60o
相当于直流侧出口处短路
1 ud 3 ud 0 ud 3 ud 0 ua 1.654 X eq Req Rq I d 3


12脉波整流电路外特性
轴向双分裂变压器等值电路
耦合系数
交流电源的系统阻抗
整流变压器阻抗
1~6 1~5
（1） （2）
（3）
1~4
（4）
（5）
（6）
第三章 牵引变电所整流机组
牵引整流机组接线方式 整流机组外特性 关键技术选择
一、 牵引负荷特性 二、 整流臂工作要求 三、 各级电压规定 四、 整流器负载的确定 五、 整流器桥臂整流管数量确定分析 六、流器桥臂整流管结温校核
2 2 ud 1 1.35u20 1 cos 6w t cos12w t 35 141
2 2 ud 2 1.35u20 1 cos 6w t cos12w t 35 141
则空载整流电压为
ud 0
ud 1 ud 2 2 1.35u20 1 cos12w t 2 141
一、 牵引负荷特性 IEC146 VI 级标准：100% 额定负荷—连续；150 % 额定 负荷—2h ；300% 额定负荷—1min。 二、 整流臂工作要求 整流器的设计应满足当任一臂并联的整流管有１个损坏时， 能全负荷正常运行。整流器每个臂并联整流管的电流不平 衡度小于10%。
三、 各级电压规定 直流侧空载情况下，整流变压器施加35×1.05 kV 的交流 电压时，直流侧输出电压不超过1800V，阀侧额定电压为 1180 V。
Dd0-y11（网侧移相＋7.50） Dd2-y1 （网侧移相－7.50）联接组组合
Dd0-y11 +7.50
Dd2-y1 -7.50
Dd0-y11
+7.50
Dd2-y1 -7.50
原次边电压向量图
(a) 整流变压器原边偏移±7.5o (b) 次边二十四相电压相量
原次边电压向量图
(a) 整流变压器原边偏移±7.5o (b) 次边二十四相电压相量
6脉波整流电路外特性
理想空载直流电压 变压器二次侧额 定电压
交流电源的系统阻抗
整流变压器阻抗
将不同运行状况区分为三个线性区，在此区域内外特性 可认为是线性变化或近似线性变化的 。 （1）直流输出端电压、电流处于第Ⅰ线性区内
Req Rq

X
eq X q 2.865
u
-ubc -u'bc uab u'ab uac
q0 q1
q2
q3 q' q4
q5 q6
q7
q8
q9 q10 q11
wt
2）平衡电抗器的作用Lp≠0
ud uab uo
ua I1 f u L o uo R Ud uab ub 6
u 'ab uo
uab u 'ab uo 2 uab u 'ab ud 2
（2）确定并联运行整流机组间的负载分配；衡量并联运 行的可能性和合理性。 （3）空载直至短路的整个负载特性，提供了计算整流电 路故障电流的基础。
整流机组的外特性与电源、供电系统的阻抗参数和整流 变压器的阻抗电压，整流器特性及其整流接线方式、有 无平衡电抗器，以及整流时的换相重叠角（因变压器等 电感惯性组件）等多种因子有关，其中如变压器等的电 抗压降在输出直流增大情况下并非呈线性变化的。要精 确绘出不同运行（或故障）状况下的整流机组外特性曲 线是非常复杂的。 牵引变电所等值模型
整流变压器低压侧接线
Dd0-y11（网侧移相±7.50）联接组组合
Dd0-y11 +7.50
Dd0-y11 -7.50
Dd0-y11
+7.50
Dd0-y11 -7.50
目前，已建和在建(如上海、广州、深圳等地)的轨道交通
设施对牵引整流变压器联结组标号提出的技术要求有两类， 即Dd0-y11(网侧移相±7.50)和Dd0-y5(网侧移相±7.50 )， 这从24脉波整流系统来说是无可非议的。
整流桥臂并联数
NP
I A( AV ) K g K AI IT ( AV ) K CI K I K f KW KV K h
六、流器桥臂整流管结温校核
在各种工况下，并在采用确定的散热器、最高环
境温度40℃、自然冷却条件下，整流管结温不应 超过允许值150℃。
t j P ( t ) R ja ( t )dt
1 e Lp g 1‘ u' a
I'1
u'ab
6’ u'b
Lp作用1：使两导电支路线间电压相等，即使整流电压ud相等
u
-u bc -u' bc uab
u' ab uac
q0
q1
q2
q3 q' q4
q5
q6
q7
q8
q9
q10
q11
wt
θ3 ~ θ’ （π/12） θ’ ~ θ4（π/12）
uab uab uab uab

60o
相当于负荷运行或远点短路
3 ud 1 ud 0 ud 1 ud 0 ua X eq Req Rq I d
3 ud 1 ua X eq Req Rq I d
（2）直流输出端电压、电流处于第Ⅱ线性区内
十二相脉波牵引整流机组
十二相整流机组的其它接线方式
(a) 四绕组变压器
(b) 两台双绕组变压器
十二相脉波牵引整流电路的工作特性
次边星形和三角形绕组分别供电的两个三相桥在直
流侧并联运行，条件：两者的空载直流输出电压平 均值Udo应相等，即两者的匝数比应为 1: 3
电路工作原理 1）原次边电压向量图
串联元件数量配置：考虑整流臂反向工作峰值电
压 、冲击过电压、元件特性差异所引起的电压分 布不均、电网电压波动、反向重复峰值电压等。
并联元件数量配置：考虑电流过载率、元件特性
差异所引起的电流分布不均、联接型式、电流波 形、环境温度、冷却条件、海拔高度等。
整流桥臂串联数
U ARM K cu K b K Au NS U RRM K u
UAB
UCA Uab Ua Ubc Uc Ub Uca U’ca
UBC
U’ab
U’bc
十二相电压相量
UAB
UCA Uab Ua Ubc Uc Ub Uca U’ca
UBC
U’ab
U’bc
1）平衡电抗器Lp=0
两组相位差为300的三相桥 整流电路交替向直流负载供 电，每个桥臂整流管导电时 间为π/3，整流电压Ud每工 频周期有12次脉动，形成十 二脉波整流。 缺点：每桥臂整流管不能有 效利用。
uab u 'ab uo 0 2 uab u 'ab uo 0 2
uab u 'ab ud 2
u
-u bc -u' bc uab
u' ab uac
q0
q1 5，6 5’
q2
q3 q' q4 1，6 1’，6’
q5 1，2
q6
q7 2，3
q8
q9 2，4
q10
q11 4，5 5，6
0.955 Req Rq

X
eq
X P 2.865

60o
相当于直流侧出口近处短路
ud 2 ud 0 ud 2 ud 0 ua 1 A Req Rq I d
1 3 A 1.1547 cos 2
wt
4’，5’ 5’，6’
5’，6’
1’，2’
2’，3’
2’，4’
Lp作用2：接入平衡电抗器后，两组三相桥中每个整流管支 路的导通时间是2π/3 ，与三相桥整流电路相同，每隔π/3时刻 有一对支路的整流管（同一组中）导通。
uab u 'ab ud 2
（以1，6导通，1’，6’导通为例）
任意时刻，每组整流电路中，有一对整流管导通，两端口 输出直流电压瞬时值分别为
换相重叠角
二十四脉波牵引整流机组
24脉波牵引整流变电站的主变一般都是由两台12脉波的轴 向双分裂式牵引整流变压器组成的。 两台变压器的网侧绕组采用延边三角形接线分别移相 ±7.50相位角，阀侧绕组采用d,y接法，两台变压器的阀侧绕 组的线电压相量互差150相位，经全波整流后并联运行,形成 12相24脉波的整流变电系统。
但是通过实践发现，这两类联结组的技术要求给变压器的
生产制造和变压器的安装连接带来了一定问题。问题有两 点: 1、两台变压器必然有一台变压器的网侧或阀侧的出线端 标记要移位，与国家标准规定的排列不一致，很容易发生 安装差错; 2、两台变压器的网侧或阀侧绕组的绕向不一致，不利于 制造厂的绕组配套和生产组织。
四、 整流器负载的确定
整流器的过载能力决定于整流管元件的过载能力，
根据整流管的热容量能力的特点和变流技术规定： 持续时间超过15 min 的过载，按连续负载条件设 计。 因此参照牵引负荷特性的要求，城市轨道交通整 流器装置的设计应按150% 额定负荷2h特点进行 设计。
五、 整流器桥臂整流管数量确定分析
t 0
两个整流电路并联工作的条件是输出直流电压相等，而 变压器星形绕组和三角形绕组的匝数比为1: 3 ，是一 个无理数，势必造成匝数比有误差，输出电压有差异。 由于电压高的那个桥有嵌位作用，并联工作必须加平衡 电抗器。当整流变压器的漏抗达到一定的数值时， 12脉 波两桥并联和24脉波四桥可以不加平衡电抗器。可以将 三相输入端的漏感L1等效到直流输出端，等效电感 L=2L1起着平衡电抗器的作用。
城市轨道交通供电
西南交通大学电气工程学院
第三章 牵引变电所整流机组
牵引整流机组接线方式 整流机组外特性 关键技术选择
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牵引整流机组接线方式
作用：降压、把三相交流电转换为直流电
发展趋势：早期的城市轨道交通直流牵引系统，通常采用 三相桥式整流电路，随着技术的发展，逐步被12脉波和等 效24脉波整流电路代替，我国今后建设的城市轨道交通整 流变电站将会以24脉波为主，系统电压等级则有35kV和 10kV两种。