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1、2-1 单相牵引变压器结线 2-2 三相牵引变压器及其结线 2-3 斯科特结线变压器 2-4 阻抗匹配与非阻抗匹配平衡变压器,第2章 牵引变压器及其结线,1,知识分享,2-1 单相牵引变压器结线 采用单相变压器的牵引变电所称为单相牵引变电所。如图2-1所示。 注意：单相牵引变压器和一般单相变压器的绝缘结构不同。一般单相变压器采用分级绝缘，而单相牵引变压器采用全绝缘,2,知识分享,2-1 单相牵引变压器结线,2-1-1 纯单相结线 2-1-2 单相V，V结线 2-1-3 三相V，V结线,3,知识分享,2-1-1 纯单相结线 1、接线图 纯单相牵引变电所中的两台单相变压器并联结线完全一样，如图2-
2、2所示,4,知识分享,2、接线说明 两台变压器的高压绕组跨接相同的两相，低压绕组的一端接母线，同时供给变电所两个臂的负荷。相邻两相两段接触网绝缘分开，既利于缩小事故停电范围，又提高了供电的灵活性。低压绕组的另一端与接地风和钢轨以及回流线可靠连接，以便使钢轨、回流线中的负荷电流以及地中电流流回变压器。 3、主要优点 变压器的容量可以充分利用，容量利用率为100%，且变电所的主接线简单、设备少、占地面积小、投资少。 4、缺点 在三相系统形成较大的负序电流，不对称系数为1,5,知识分享,2-1-2 单相V，V结线 1、接线图 如图2-3所示,6,知识分享,2、接线说明 单相V，V结线与纯单相结线的区
3、别是： 1）两台变压器分别接不同的两个线电压，两高压绕组有公用端子，故构成V接。两个低压绕组也有一个公共端子，接钢轨和地网，低压绕组的另外两个端子a和b分别接两个供电臂，两供电臂的电压大小均为27.5kV，相位角差为60，如图2-4所示,2）V，V结线牵引变电所在正常工作时，两台变压器均投入运行，其备用方式是几个变电所共用一台移动变压器，当其中一台变压器故障或检修时，由专用车将移动变压器运往变电所，在移动变压器接入前，非故障变压器可允许一定时间的过负荷,7,知识分享,3、优点 1）容量利用率为100%； 2）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； 3）对系统的负序影响小； 4）
4、变电所的设备相对较少，投资较省,4、缺点 需倒闸过程，如图2-5。在此倒闸过程完成之前，故障变压器原来供电的牵引负荷将中断供电。而且变电所的三相电源将中断，变电所的三相自用电如同纯单相结线变压器一样，依靠其他方式供电，对电力系统的负序影响也随之增大,8,知识分享,2-1-3 三相V，V结线 1、接线图 将两台V，V结线的单相变压器安装在同一油箱内，所以可视为单相变压器结线，如图2-6所示,9,知识分享,2、接线说明 采用共轭式铁心结构，如图2-7(a)所示。两边柱绕组绕向相反，使中柱磁通为两边柱磁通之差。使中柱磁通与两边柱的磁通相等。相量图如图2-7(b)所示,10,知识分享,同单相V，V结线
5、一样，第一个高压绕组的尾端X1与第二个绕组的首端A2相连构成固定的V结，V的顶点为C相，如图2-8所示。但副边绕组的四个端子全部引出在油箱外部，根据牵引供电的要求接成正V或反V,11,知识分享,在牵引变电所安装时，变压器的原边端子A、B、C可根据换相要求接于电网有关相序，副边C端子与轨道和地网连接，a端子和b端子分别接到牵引网两条母线上，两母线电压分别为Uac和Ubc，并相差60，与图2-4所示的单相V，V结线类似。但C相电流为其他两相的 倍。 3、优点 在单相V，V结线的基础上发展起来，每个变电所安装两台同型变压器，一台运行，一台备用。所以，它的优点体现在： 1）既保持了单相V，V接线的主要
6、优点，又克服了其缺点，解决了其无固定备用变压器问题及备用变压器自动投入的问题； 2）油箱内的两台单相变压器磁路互相独立； 3）供电可靠灵活,12,知识分享,2-2 三相牵引变压器及其结线 凡是采用三相变压器的牵引变电所就称为三相牵引变电所。 三相变压器广泛应用于电力系统，它的设计、制造工艺和运用技术都比较成熟，因此采用三相变压器就成为我国牵引变电所的首选方式，也是目前应用最广泛的方式,13,知识分享,2-2 三相牵引变压器及其结线,2-2-1 三相牵引变压器的结线原理 2-2-2 三相牵引变压器绕组的电流分布 2-2-3 三相牵引变压器的容量利用率 2-2-4 三相牵引变电所的优缺点 2-2-
7、5 三相不等容量牵引变压器,14,知识分享,2-2-1 三相牵引变压器的结线原理 1、三相牵引变压器的结线法 三相牵引变压器均为双绕组油浸变压器。三相双绕组变压器的结线有多种形式，为统一起见，国家有关标准规定：Y，d11；Y，yn12；YN，d11三种形式作为标准结线。牵引变电所采用其中的YN，d11结线，原边电压110kV，副边电压27.5kV。 2、采用YN，d11结线的优点 1）便于与系统运行方式配合； 2）中性点接地具有能降低绕组的绝缘造价； 3）变压器的主磁通和电势为正弦波。 3、三相牵引变压器结线图 三相牵引变电所均设两台三相变压器，两台结线完全相同。可以并联运行，也可以一运一备。
8、其中一台的结线图如图2-9所示,15,知识分享,16,知识分享,4、高压绕组通过隔离开关接地的原因 1）由于每一个中性接地点，都构成零序电流回路的一个分支，对电力系统故障时的零序电流形成分流，使零序保护的动作受到影响。所以中性点何时需要接地，应根据地方电力调度的命令确定。通常QS是断开的。 2）为减小操作过电压对变压器绕组的威胁，在变压器送电和停电的瞬间必须合上中性点接地隔离开关。 5、副边绕组接法 接成三角形。 6、原、副边的相位标注 高压绕组进行换相连接，所以低压绕组的相位也相应发生变化。但为了运行方便，所有三相变电所原副边的相位均按一定的相位顺序标注，如图2-10所示。为了便于分析一相变
9、压器原副边的相位关系，通常还采用图2-11(a)所示的展式图，图中约定：1）原逼边对应绕组相互平行；2）原副边对应绕组的同名端在同一侧；3）副边绕组的C端子接地,17,知识分享,18,知识分享,2-2-2 三相牵引变压器绕组的电流分布 由于牵引负荷是两个单相负荷，所以在变压器三相绕组中的电流分配是不均匀的。如图2-12所示,19,知识分享,由图可知副边三相绕组中的电流关系为,2-1,20,知识分享,设Ib为基准量I，则有可求得,2-2,21,知识分享,式2-2说明，在两臂负荷电流相等的条件下，有下列两个关系： 1）两接地相绕组bc,ca的电流大小相等，而非接地绕组ab的电流较小，只是臂绕组电流
10、的1/2.65，故习惯将ab绕组称为轻负荷绕组，而bc和ca称为重负荷绕组。 2）馈线负荷电流为臂绕组电流的3/2.65，不同于一般三相对称系统中的线电流与相电流的31/2关系,22,知识分享,2-2-3 三相牵引变压器的容量利用率 三相牵引变压器的三角侧输出两个单相负荷，设额定输出电压为UN，两供电臂额定电流Ia=Ib=IN，则额定输出容量为： Uout=2UNIN (2-3) 由式2-2可知，当臂绕组电流达到额定值时，馈线电流为臂绕组电流 的1.13倍，是额定电流IN的1.13/31/2=0.655倍，故额定输出为： Sout=2UN0.655IN=1.31UNIN (2-4) 牵引变压器
11、的实际安装容量为,2-5,则容量利用率为,2-6,23,知识分享,在实用中，当绕组bc,ac达到额定值时，绕组ab只达到0.378倍的额定电流。原边对应绕组电流也同样为0.378倍额定电流，所以三相变压器还未过到额定温升，故还可适当提高两供电臂的负荷电流，为此，引入一个温度系数Kt=0.9，使供电臂的电流增加1/Kt=1.111倍，当只有一臂有负载时，供电臂的容许电流还可增大。如表2-1所示，相应变压器的容量利用率也可达到1.1110.756=0.84,24,知识分享,2-2-4 三相牵引变电所的优缺点 1、优点 1）变压器原边采用YN结线，中性点引出接地方式怀高压电网相适应； 2）变压器结构
12、相对简单，又因中性点接地，绕组可采取分级绝缘，因此变压器造价较低； 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。 2、缺点： 1）变压器的容量不能充分利用； 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,25,知识分享,2-2-5 三相不等容量牵引变压器 由前述结论可知，YN，d11结线的三相牵引变压器，当两个重负荷相绕组的负荷达到100%时额定容量时，轻负荷相绕组只要37.8%的结构容量即可满足运行要求。三相不等容量牵引变压器就是根据上述特点制造而成。它是将
13、轻负荷绕组的富裕量抽出，平均分配到两个重负荷相上，且改变后的总容量仍维持原来变压器的容量等级。 在实际设计时，为简单起见，使轻负荷绕组的结构容量为重负荷绕组的40%，而三相容量分配为：A：B：C=1:0.4:1。所以，不等容量变压器的结构容量与原改型前的等容量变压器之比为： （2100%+40%)/3100%=80% (2-7) 此值正好为R10系统的一个容量等级差，即如果设计计算得出的三相变压器容量为20000kVA，那么则可选用不等容量的16000kVA变压器。 用前述方法可求得，三相不等容量变压器的容量利用率为94.5,26,知识分享,2-3 斯科特结线变压器 斯科特结线变压器是一种三相
14、-两相平衡变压器。由于它对电力系统所形成的负序较不，且变压器的容量利用率较高，所以先后在京秦线、郑武线等重要繁忙的干线上采用,27,知识分享,2-3 斯科特结线变压器,2-3-1 斯科特变压器的结线图 2-3-2 斯科特结线变压器的电压关系 2-3-3 斯科特结线变压器的电流关系 2-3-4 斯科特结线变压器的容量利用率 2-3-5 斯科特结线变压器的优缺点,28,知识分享,2-3-1 斯科特变压器的结线图 如图2-3所示,29,知识分享,2-3-2 斯科特结线变压器的电压关系 副边电压关系如图2-14所示,30,知识分享,由于M座变压器和T座变压器的原绕组分别对应于三角形的底和高，所以通常又
15、称M座变压器为底变压器，T座变压器为高变压器。 由图2-14可知，M座和T座变压器的变比为,所以可得U2T和U2M的关系为,2-8,可见：U2T和U2M为两相对称电压。即：数值相等，相位差90,31,知识分享,2-3-3 斯科特结线变压器的电流关系 因为U2T超前U2M90，所以I2T也将超前I2M90。如果设IT为基准量，则有IM=-jIT。根据基尔霍夫节点电流方程及变压器磁势平衡可得,2-9,32,知识分享,解上述方程组，可得原边三相电流为,2-10,电流关系的相量图如图2-15所示,33,知识分享,34,知识分享,2-3-4 斯科特结线变压器的容量利用率 斯科特结线变压器的容量可视为M座
16、和T座两个单相变压器的容量之和，而M座变压器的原绕组又可看成对称的两部分，所以原边的总容量SN为,2-11,当副边电流IM=IT=I时，由式2-10可得,2-12,变压器的输出容量也为两个单相变压器输出容量之和，即,2-13,由式2-12和2-13可知，斯科特变压器的输出容量与变压器的额定容量接近相等，容量利用率接近于1,35,知识分享,2-3-5 斯科特结线变压器的优缺点 1、优点 1）当M座和T座两供电臂电流相等，且功率因数相等时，原边三相电流对称； 2）变压器容量能全部利用； 3）可利用逆斯科特结线变压器产生三相对称电压，供牵引变电所的自用电,36,知识分享,2、缺点 1）制造难度大，绕组需按全绝缘设计，造价较高； 2）变电所主接线复杂，设备较多，工程投资较大，日常维护、检修工作量及费用都相应增加； 3）斯科特变压器的中性点难以引出，且无三角形绕组回路，电压波形较差； 4）斯科特结线变压器原边接点O的电位随负载变化而产生漂移，严重时有零序电流流经电力网。零序电流不仅可造成零序电流保护误动作，还会对邻近的平行通信线产生干扰。O点漂移还会引起各相绕组电压不平衡，加重绕组的绝缘负担，为
