1、第2章 牽引變壓器及其結線2-1 單相牽引變壓器結線2-2 三相牽引變壓器及其結線2-3 斯科特結線變壓器2-4 阻抗匹配與非阻抗匹配平衡變壓器第第2章章 牽引變壓器及其結線牽引變壓器及其結線2-1 單相牽引變壓器結線2-1 單相牽引變壓器結線單相牽引變壓器結線 采用單相變壓器的牽引變電所稱為單相牽引變電所。如圖2-1所示。 注意：單相牽引變壓器和一般單相變壓器的絕緣結構不同。一般單相變壓器采用分級絕緣，而單相牽引變壓器采用全絕緣。2-1 單相牽引變壓器結線2-1 單相牽引變壓器結線單相牽引變壓器結線2-1-1 純單相結線2-1-2 單相V，V結線2-1-3 三相V，V結線2-1-1 純單相結

2、線 2-1-1 純單相結線純單相結線 1、接線圖 純單相牽引變電所中的兩臺單相變壓器并聯結線完全一樣，如圖2-2所示。 2-1-1 純單相結線 2、接線說明 兩臺變壓器的高壓繞組跨接相同的兩相，低壓繞組的一端接母線，同時供給變電所兩個臂的負荷。相鄰兩相兩段接觸網絕緣分開，既利于縮小事故停電范圍，又提高了供電的靈活性。低壓繞組的另一端與接地風和鋼軌以及回流線可靠連接，以便使鋼軌、回流線中的負荷電流以及地中電流流回變壓器。 3、主要優點 變壓器的容量可以充分利用，容量利用率為100%，且變電所的主接線簡單、設備少、占地面積小、投資少。 4、缺點 在三相系統形成較大的負序電流，不對稱系數為1。2-1

3、-2 單相V，V結線 2-1-2 單相單相V，V結線結線 1、接線圖 如圖2-3所示。 2-1-2 單相V，V結線 2、接線說明 單相V，V結線與純單相結線的區別是： 1）兩臺變壓器分別接不同的兩個線電壓，兩高壓繞組有公用端子，故構成V接。兩個低壓繞組也有一個公共端子，接鋼軌和地網，低壓繞組的另外兩個端子a和b分別接兩個供電臂，兩供電臂的電壓大小均為27.5kV，相位角差為60，如圖2-4所示。 2）V，V結線牽引變電所在正常工作時，兩臺變壓器均投入運行，其備用方式是幾個變電所共用一臺移動變壓器，當其中一臺變壓器故障或檢修時，由專用車將移動變壓器運往變電所，在移動變壓器接入前，非故障變壓器可允

4、許一定時間的過負荷。 2-1-2 單相V，V結線 3、優點 1）容量利用率為100%； 2）可以供給所內及地區三相負荷，對牽引網還可實行雙邊供電； 3）對系統的負序影響小； 4）變電所的設備相對較少，投資較省。 4、缺點 需倒閘過程，如圖2-5。在此倒閘過程完成之前，故障變壓器原來供電的牽引負荷將中斷供電。而且變電所的三相電源將中斷，變電所的三相自用電如同純單相結線變壓器一樣，依靠其他方式供電，對電力系統的負序影響也隨之增大。2-1-3 三相V，V結線 2-1-3 三相三相V，V結線結線 1、接線圖 將兩臺V，V結線的單相變壓器安裝在同一油箱內，所以可視為單相變壓器結線，如圖2-6所示。 2-

5、1-3 三相V，V結線 2、接線說明 采用共軛式鐵心結構，如圖2-7(a)所示。兩邊柱繞組繞向相反，使中柱磁通為兩邊柱磁通之差。使中柱磁通與兩邊柱的磁通相等。相量圖如圖2-7(b)所示。2-1-3 三相V，V結線 同單相V，V結線一樣，第一個高壓繞組的尾端X1與第二個繞組的首端A2相連構成固定的V結，V的頂點為C相，如圖2-8所示。但副邊繞組的四個端子全部引出在油箱外部，根據牽引供電的要求接成正V或反V。2-1-3 三相V，V結線 在牽引變電所安裝時，變壓器的原邊端子A、B、C可根據換相要求接于電網有關相序，副邊C端子與軌道和地網連接，a端子和b端子分別接到牽引網兩條母線上，兩母線電壓分別為U

6、ac和Ubc，并相差60，與圖2-4所示的單相V，V結線類似。但C相電流為其他兩相的 倍。 3、優點 在單相V，V結線的基礎上發展起來，每個變電所安裝兩臺同型變壓器，一臺運行，一臺備用。所以，它的優點體現在： 1）既保持了單相V，V接線的主要優點，又克服了其缺點，解決了其無固定備用變壓器問題及備用變壓器自動投入的問題； 2）油箱內的兩臺單相變壓器磁路互相獨立； 3）供電可靠靈活。32-2 三相牽引變壓器及其結線2-2 三相牽引變壓器及其結線三相牽引變壓器及其結線 凡是采用三相變壓器的牽引變電所就稱為三相牽引變電所。 三相變壓器廣泛應用于電力系統，它的設計、制造工藝和運用技術都比較成熟，因此采用

7、三相變壓器就成為我國牽引變電所的首選方式，也是目前應用最廣泛的方式。2-2 三相牽引變壓器及其結線2-2 三相牽引變壓器及其結線三相牽引變壓器及其結線2-2-1 三相牽引變壓器的結線原理2-2-2 三相牽引變壓器繞組的電流分布2-2-3 三相牽引變壓器的容量利用率2-2-4 三相牽引變電所的優缺點2-2-5 三相不等容量牽引變壓器2-2-1 三相牽引變壓器的結線原理 2-2-1 三相牽引變壓器的結線原理三相牽引變壓器的結線原理 1、三相牽引變壓器的結線法 三相牽引變壓器均為雙繞組油浸變壓器。三相雙繞組變壓器的結線有多種形式，為統一起見，國家有關標準規定：Y，d11；Y，yn12；YN，d11三

8、種形式作為標準結線。牽引變電所采用其中的YN，d11結線，原邊電壓110kV，副邊電壓27.5kV。 2、采用YN，d11結線的優點 1）便于與系統運行方式配合； 2）中性點接地具有能降低繞組的絕緣造價； 3）變壓器的主磁通和電勢為正弦波。 3、三相牽引變壓器結線圖 三相牽引變電所均設兩臺三相變壓器，兩臺結線完全相同。可以并聯運行，也可以一運一備。其中一臺的結線圖如圖2-9所示。2-2-1 三相牽引變壓器的結線原理2-2-1 三相牽引變壓器的結線原理 4、高壓繞組通過隔離開關接地的原因 1）由于每一個中性接地點，都構成零序電流回路的一個分支，對電力系統故障時的零序電流形成分流，使零序保護的動作

9、受到影響。所以中性點何時需要接地，應根據地方電力調度的命令確定。通常QS是斷開的。 2）為減小操作過電壓對變壓器繞組的威脅，在變壓器送電和停電的瞬間必須合上中性點接地隔離開關。 5、副邊繞組接法 接成三角形。 6、原、副邊的相位標注 高壓繞組進行換相連接，所以低壓繞組的相位也相應發生變化。但為了運行方便，所有三相變電所原副邊的相位均按一定的相位順序標注，如圖2-10所示。為了便于分析一相變壓器原副邊的相位關系，通常還采用圖2-11(a)所示的展式圖，圖中約定：1）原逼邊對應繞組相互平行；2）原副邊對應繞組的同名端在同一側；3）副邊繞組的C端子接地。2-2-1 三相牽引變壓器的結線原理2-2-2

10、 三相牽引變壓器繞組的電流分布 2-2-2 三相牽引變壓器繞組的電流分布三相牽引變壓器繞組的電流分布 由于牽引負荷是兩個單相負荷，所以在變壓器三相繞組中的電流分配是不均勻的。如圖2-12所示。2-2-2 三相牽引變壓器繞組的電流分布 由圖可知副邊三相繞組中的電流關系為：abababcaabbcIIIIIIIII313132313132(2-1)2-2-2 三相牽引變壓器繞組的電流分布 設Ib為基準量I，則有可求得：60311 .1960365. 21 .19180365. 2IIIIIIabcabc(2-2)2-2-2 三相牽引變壓器繞組的電流分布 式2-2說明，在兩臂負荷電流相等的條件下，有

11、下列兩個關系： 1）兩接地相繞組bc,ca的電流大小相等，而非接地繞組ab的電流較小，只是臂繞組電流的1/2.65，故習慣將ab繞組稱為輕負荷繞組，而bc和ca稱為重負荷繞組。 2）饋線負荷電流為臂繞組電流的3/2.65，不同于一般三相對稱系統中的線電流與相電流的31/2關系。2-2-3 三相牽引變壓器的容量利用率 2-2-3 三相牽引變壓器的容量利用率三相牽引變壓器的容量利用率 三相牽引變壓器的三角側輸出兩個單相負荷，設額定輸出電壓為UN，兩供電臂額定電流Ia=Ib=IN，則額定輸出容量為： Uout=2UNIN (2-3) 由式2-2可知，當臂繞組電流達到額定值時，饋線電流為臂繞組電流 的

12、1.13倍，是額定電流IN的1.13/31/2=0.655倍，故額定輸出為： Sout=2UN0.655IN=1.31UNIN (2-4) 牽引變壓器的實際安裝容量為：NNNIUS3(2-5) 則容量利用率為：756. 0332. 1NNNNNoutIUIUSSK(2-6)2-2-3 三相牽引變壓器的容量利用率 在實用中，當繞組bc,ac達到額定值時，繞組ab只達到0.378倍的額定電流。原邊對應繞組電流也同樣為0.378倍額定電流，所以三相變壓器還未過到額定溫升，故還可適當提高兩供電臂的負荷電流，為此，引入一個溫度系數Kt=0.9，使供電臂的電流增加1/Kt=1.111倍，當只有一臂有負載時

13、，供電臂的容許電流還可增大。如表2-1所示，相應變壓器的容量利用率也可達到1.1110.756=0.84。2-2-4 三相牽引變電所的優缺點 2-2-4 三相牽引變電所的優缺點三相牽引變電所的優缺點 1、優點 1）變壓器原邊采用YN結線，中性點引出接地方式懷高壓電網相適應； 2）變壓器結構相對簡單，又因中性點接地，繞組可采取分級絕緣，因此變壓器造價較低； 3）運用技術成熟，供電安全可靠性好； 4）變電所有三相電源，不但所內自用電可靠，而且必要時還可向地方負荷供電。 2、缺點： 1）變壓器的容量不能充分利用； 2）和單相結線牽引變電所相比，主接線比較復雜，設備多，占地面積大，工程投資大，而且維護

14、檢修的工作量和費用也相應增加。2-2-5 三相不等容量牽引變壓器 2-2-5 三相不等容量牽引變壓器三相不等容量牽引變壓器 由前述結論可知，YN，d11結線的三相牽引變壓器，當兩個重負荷相繞組的負荷達到100%時額定容量時，輕負荷相繞組只要37.8%的結構容量即可滿足運行要求。三相不等容量牽引變壓器就是根據上述特點制造而成。它是將輕負荷繞組的富裕量抽出，平均分配到兩個重負荷相上，且改變后的總容量仍維持原來變壓器的容量等級。 在實際設計時，為簡單起見，使輕負荷繞組的結構容量為重負荷繞組的40%，而三相容量分配為：A：B：C=1:0.4:1。所以，不等容量變壓器的結構容量與原改型前的等容量變壓器之

15、比為： （2100%+40%)/3100%=80% (2-7) 此值正好為R10系統的一個容量等級差，即如果設計計算得出的三相變壓器容量為20000kVA，那么則可選用不等容量的16000kVA變壓器。 用前述方法可求得，三相不等容量變壓器的容量利用率為94.5%。2-3 斯科特結線變壓器2-3 斯科特結線變壓器斯科特結線變壓器 斯科特結線變壓器是一種三相-兩相平衡變壓器。由于它對電力系統所形成的負序較不，且變壓器的容量利用率較高，所以先后在京秦線、鄭武線等重要繁忙的干線上采用。2-3 斯科特結線變壓器2-3 斯科特結線變壓器斯科特結線變壓器2-3-1 斯科特變壓器的結線圖2-3-2 斯科特結

16、線變壓器的電壓關系2-3-3 斯科特結線變壓器的電流關系2-3-4 斯科特結線變壓器的容量利用率2-3-5 斯科特結線變壓器的優缺點2-3-1 斯科特變壓器的結線圖 2-3-1 斯科特變壓器的結線圖斯科特變壓器的結線圖 如圖2-3所示。2-3-2 斯科特結線變壓器的電壓關系 2-3-2 斯科特結線變壓器的電壓關系斯科特結線變壓器的電壓關系 副邊電壓關系如圖2-14所示。2-3-2 斯科特結線變壓器的電壓關系 由于M座變壓器和T座變壓器的原繞組分別對應于三角形的底和高，所以通常又稱M座變壓器為底變壓器，T座變壓器為高變壓器。 由圖2-14可知，M座和T座變壓器的變比為：MTMKWWKWWK232

17、32121和 所以可得U2T和U2M的關系為：MMMMBCMBCTTTUKUKUKUKUU21122323(2-8) 可見：U2T和U2M為兩相對稱電壓。即：數值相等，相位差90。2-3-3 斯科特結線變壓器的電流關系 2-3-3 斯科特結線變壓器的電流關系斯科特結線變壓器的電流關系 因為U2T超前U2M90，所以I2T也將超前I2M90。如果設IT為基準量，則有IM=-jIT。根據基爾霍夫節點電流方程及變壓器磁勢平衡可得：022023021121WIWIWIWIWIIIIMCBTACBA(2-9)2-3-3 斯科特結線變壓器的電流關系 解上述方程組，可得原邊三相電流為：TMBTMBTMAIj

18、KIIjKIIKI3131313132(2-10) 。，jj等所以三相電流的數值相模均為和由于復數23131 電流關系的相量圖如圖2-15所示。2-3-3 斯科特結線變壓器的電流關系2-3-4 斯科特結線變壓器的容量利用率 2-3-4 斯科特結線變壓器的容量利用率斯科特結線變壓器的容量利用率 斯科特結線變壓器的容量可視為M座和T座兩個單相變壓器的容量之和，而M座變壓器的原繞組又可看成對稱的兩部分，所以原邊的總容量SN為：AAOCBCBBCIUIUIUSN2121(2-11) 當副邊電流IM=IT=I時，由式2-10可得：UIUIUIS：U，UUIKIIINTMMCBA155. 23211232

19、可得并代入式設(2-12) 變壓器的輸出容量也為兩個單相變壓器輸出容量之和，即：UIUIUISTMout2(2-13) 由式2-12和2-13可知，斯科特變壓器的輸出容量與變壓器的額定容量接近相等，容量利用率接近于1。2-3-5 斯科特結線變壓器的優缺點 2-3-5 斯科特結線變壓器的優缺點斯科特結線變壓器的優缺點 1、優點 1）當M座和T座兩供電臂電流相等，且功率因數相等時，原邊三相電流對稱； 2）變壓器容量能全部利用； 3）可利用逆斯科特結線變壓器產生三相對稱電壓，供牽引變電所的自用電。2-3-5 斯科特結線變壓器的優缺點 2、缺點 1）制造難度大，繞組需按全絕緣設計，造價較高； 2）變電

20、所主接線復雜，設備較多，工程投資較大，日常維護、檢修工作量及費用都相應增加； 3）斯科特變壓器的中性點難以引出，且無三角形繞組回路，電壓波形較差； 4）斯科特結線變壓器原邊接點O的電位隨負載變化而產生漂移，嚴重時有零序電流流經電力網。零序電流不僅可造成零序電流保護誤動作，還會對鄰近的平行通信線產生干擾。O點漂移還會引起各相繞組電壓不平衡，加重繞組的絕緣負擔，為此，該結線的變壓器也應采取全絕緣； 5）斯科特結線兩饋線之間的電壓為 ，即分相絕緣器兩端的電壓較高，故應適當加強其絕緣。kV5 .2722-4 阻抗匹配與非阻抗匹配平衡變壓器2-4 阻抗匹配與非阻抗匹配平衡變壓器阻抗匹配與非阻抗匹配平衡變

21、壓器 綜合比較分析三相YN，d11結線變壓器和斯科特結線平衡變壓器的優缺點，我國研究和生產出一種新型平衡變壓器阻抗匹配和非阻抗匹配平衡變壓器。前者可稱為具有平衡繞組的YN，內縮三角形結線變壓器，后者可稱為具有補償繞組的YN，內縮三角形結線變壓器。 優點：既克服了一般三要牽引變壓器會在電力系統產生很大負序電流，容量利用率低的缺點，又解決了斯科特結線變壓器無中性接地點，不能與系統中性接地運行方式相配合的問題。 由于此種牽引變壓器具有上述優點，所以經現場試運行多年后，已在我國的重要鐵路干線廣泛應用。2-4 阻抗匹配與非阻抗匹配平衡變壓器2-4 阻抗匹配與非阻抗匹配平衡變壓器阻抗匹配與非阻抗匹配平衡變

22、壓器2-4-1 阻抗匹配平衡變壓器的工作原理2-4-2 阻抗匹配平衡變壓器的電壓及電流關系2-4-3 阻抗匹配平衡變壓器的容量利用率2-4-4 具有補償繞組的非阻抗匹配平衡變壓器2-4-1 阻抗匹配平衡變壓器的工作原理 2-4-1 阻抗匹配平衡變壓器的工作原理阻抗匹配平衡變壓器的工作原理 是在三相YN，d11結線牽引變壓器的基礎上，通過阻抗匹配，實現三相-兩相變換，使副邊兩相電壓相差90，且和斯科特結線變壓器具有相同的平衡作用，即當兩饋線電流相等時牽引變壓器原邊三相電流對稱。其原理結線圖如圖2-16所示。 與三相YN，d11結線不同之處為： 1）非接地相ab的阻抗增加倍，即zab=zbc=zca,稱為阻抗匹配系數，其值為31/2+1； 2）非接地相的兩端增加了兩個對稱的外移繞組a和b，其繞組匝數W3為內三角形每相繞組匝數的(31/2-1)/2倍，即0.366倍。 和兩端分別接到牽引側兩條母線上，并由兩條母線向兩側對應的供電臂供電。牽引變電所設兩臺變壓器，互為備用。2-4-1 阻抗匹配平衡變壓器的工作原理2-4-2 阻抗匹配平衡變壓器的電壓及電流關系 2-4-2 阻抗匹配平衡變壓器的電壓及電流關系阻抗匹配平衡變壓器的電壓及電流關系 1、電壓關系 變電所兩供電臂電壓Uc和Uc相位差為90，