《牵引供电系统》第二章牵引变压器

1、牵引供电系统第二章牵引变压器牵引变压器功能概述：牵引变压器功能概述： 主要功能：将电力系统的电能变换成电动车辆所需的电能。主要功能：将电力系统的电能变换成电动车辆所需的电能。 辅助功能：消除负序电流、提高功率因数和减少高次谐波，辅助功能：消除负序电流、提高功率因数和减少高次谐波， 以减少对电力系统的影响。以减少对电力系统的影响。 3第第2 2章章 牵引变压器牵引变压器牵引供电系统第二章牵引变压器配套设备的功能：配套设备的功能： 负序电流：相邻牵引变电所牵引变压器原边换接相序；合理安排牵引网负序电流：相邻牵引变电所牵引变压器原边换接相序；合理安排牵引网 的分段及相序；采用三相的分段及相序；采用三

2、相- -二相平衡变压器二相平衡变压器 无功补偿：在牵引变电所二次侧母线上安装并联电容补偿装置，补偿度无功补偿：在牵引变电所二次侧母线上安装并联电容补偿装置，补偿度 为为0.12，以确保一次侧的平均功率因数不低于，以确保一次侧的平均功率因数不低于0.9。 高次谐波：采取必要的谐波抑制措施。高次谐波：采取必要的谐波抑制措施。 3第第2 2章章 牵引变压器牵引变压器牵引供电系统第二章牵引变压器牵引变压器特点：牵引变压器特点：具有较高的过负荷和抗短路冲击能力；具有较高的过负荷和抗短路冲击能力；接线形式多种多样；接线形式多种多样；三相变单相或三相变两相。三相变单相或三相变两相。有负序分量但无零序分量。有

3、负序分量但无零序分量。3第第2 2章章 牵引变压器牵引变压器牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器一、基本原理一、基本原理 连接形式：连接形式： 高压绕组跨接于电力系统中高压绕组跨接于电力系统中的两相；的两相； 低压绕组一端连接牵引侧母低压绕组一端连接牵引侧母线，上引到供电臂，另一端线，上引到供电臂，另一端连接轨道及接地网。连接轨道及接地网。牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器续上页续上页 单相牵引变压器的高压绕组两端都接高压，两端的对绝单相牵引变压器的高压绕组两端都接高压，两端的对绝缘要求相同，且需要采用全绝缘。缘要求相同，且需要

4、采用全绝缘。 一次侧和二次侧电流关系一次侧和二次侧电流关系 ABTC1111100IIIIKI牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器二、供电方式二、供电方式 在在AT供电方式中，单相牵引变压的副边绕组带中间抽头。供电方式中，单相牵引变压的副边绕组带中间抽头。一次侧接电力系统的两相，二次侧分别接到两组一次侧接电力系统的两相，二次侧分别接到两组55kV的牵引母的牵引母线上。二次侧绕组中间抽头通过线上。二次侧绕组中间抽头通过N母线上接到轨道上，并通过母线上接到轨道上，并通过放电器接地。放电器接地。牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器三、不

5、对称度和容量利用率三、不对称度和容量利用率 1 1、不对称度。对称度是指通过序电流来度量多相负荷平、不对称度。对称度是指通过序电流来度量多相负荷平衡状态的指标，其具体定义为：衡状态的指标，其具体定义为： 2I1100IKI 牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器接上页接上页 根据电力系统分析可知，三相电流可分解为正序分量、负根据电力系统分析可知，三相电流可分解为正序分量、负序分量和零序分量，即序分量和零序分量，即 式中，式中， 21ABC22ABC0ABC1(aa)31(aa)31()3IIIIIIIIIIII &j12013aej22 牵引供电系统第二章牵引变压

6、器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器 对于单相负荷而言，有对于单相负荷而言，有 若单相牵引变压器原边三相对称，且副边两供电臂的功率因若单相牵引变压器原边三相对称，且副边两供电臂的功率因数相等，则数相等，则 因此单相接线变压器的电流不对称度为：因此单相接线变压器的电流不对称度为：ABC,0IIIII &j30A1Tj30A2TA01()e31()e30IIIKIIIKI & & & &2I1100100IKI =牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器 2 2、容量利用率：衡量变电所运行的重要经济指标。、容量利用率：衡量变电所运行的重要经济指标。 其具体定义为其

7、具体定义为 单相接线牵引变压器的容量利用率为单相接线牵引变压器的容量利用率为N.outN.in100%SKS %100%1002121 UIUIUIK牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器四、换接相序四、换接相序 1、依次换接相序、依次换接相序F目的：减少负序电流的影响；目的：减少负序电流的影响；F原理：相邻变电所牵引变压器的高压绕组所接相序依次轮原理：相邻变电所牵引变压器的高压绕组所接相序依次轮换，构成所谓的换相连接。换，构成所谓的换相连接。F具体做法：具体做法： 高压侧分别依次接到电力系统的不同相，低压高压侧分别依次接到电力系统的不同相，低压侧一端接地和钢轨，

8、另一端接接触线，两个变电所之间的侧一端接地和钢轨，另一端接接触线，两个变电所之间的供电臂为异相，需用分相绝缘器相连。供电臂为异相，需用分相绝缘器相连。牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器接上页接上页 前前3个牵引变电所和后个牵引变电所和后3个牵引变电所分别构成小循环，个牵引变电所分别构成小循环，6个个牵引变电所共同构成一个完整循环。牵引变电所共同构成一个完整循环。牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器2 2、对称换接相序。、对称换接相序。 前前3个牵引变电所和后个牵引变电所和后3个牵引变电所采用对称连接方式，个牵引变电所采用对称连接

9、方式，6个个牵引变电所构成一个循环。牵引变电所构成一个循环。牵引供电系统第二章牵引变压器2.1 纯单相接线变压器纯单相接线变压器五、优缺点五、优缺点 1 1、优点：、优点： 主接线简单主接线简单；设备少；占地面积小；投资少。；设备少；占地面积小；投资少。 2 2、缺点：、缺点： 它不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电；它不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电； 牵引负荷产生较大的负序电流，对电力系统造成影响；牵引负荷产生较大的负序电流，对电力系统造成影响； 接触线的供电也不能实现双边供电。接触线的供电也不能实现双边供电。牵引供电系统第二章牵引变压器2.2 单相单相V/v接线变压器接线变压器一、基

10、本原理一、基本原理F在单相在单相V/v结线变压器接线图中，两台单相变压器高压侧一结线变压器接线图中，两台单相变压器高压侧一端分别接电源的不同相，另一端同时接到另外一相上，故变端分别接电源的不同相，另一端同时接到另外一相上，故变压器的高压侧如同一个压器的高压侧如同一个V字。字。F两台变压器的低压侧一端分别接各自相连的供电臂，另一端两台变压器的低压侧一端分别接各自相连的供电臂，另一端同时接到钢轨引回的回流线上，这样低压侧也像一个同时接到钢轨引回的回流线上，这样低压侧也像一个V字。字。牵引供电系统第二章牵引变压器2.2 单相单相V/v接线变压器接线变压器续上页续上页牵引供电系统第二章牵引变压器2.2

11、 单相单相V/v接线变压器接线变压器二、不对称度和容量利用率二、不对称度和容量利用率 单相单相V/v结线变压器一、二次电流关系为结线变压器一、二次电流关系为ABTC1010111IIIIKI & & & & & &牵引供电系统第二章牵引变压器2.2 单相单相V/v接线变压器接线变压器ABTC1010111IIIIKI & & & & & &21ABC22ABC0ABC(aa) 3(aa) 3() 3IIIIIIIIIIII &j90A1T22j330A2 TA01()e31e30IIIKIIII IKI & & & &+ +牵引供电系统第二章牵引变压器2.2 单相单相V/v接线变压器接线变压器

12、1 1、不对称度计算、不对称度计算 电流不对称度为电流不对称度为 设设 ，代入上式得：，代入上式得： 显然，不对称度的范围：显然，不对称度的范围：22 2I1100%100%III IIKIII nII 2I1100%1nnKn I50%100%K牵引供电系统第二章牵引变压器2.2 单相单相V/v接线变压器接线变压器2 2、额定利用率、额定利用率 当当Iab、Ibc达到额定值达到额定值Ie时，有时，有 Iab= Ibc =Ie，则，则 额定输出容量：额定输出容量：S= IabUe + IbcUe =2UeIe 额定容量：额定容量： S=2Ue Ie 因此，额定利用率因此，额定利用率K=100%

13、牵引供电系统第二章牵引变压器2.2 单相单相V/v接线变压器接线变压器三、换相连接三、换相连接 单相单相V/v接线，使得变电所从两相取电，不对称程度有了一定的接线，使得变电所从两相取电，不对称程度有了一定的降低，但变电所之间仍需采用换相连接来达到三相对称的目的降低，但变电所之间仍需采用换相连接来达到三相对称的目的. 牵引供电系统第二章牵引变压器2.2 单相单相V/v接线变压器接线变压器牵引供电系统第二章牵引变压器2.2 单相单相V/v接线变压器接线变压器四、优缺点四、优缺点 1、优点、优点F可实现双边供电，并能够提供所用电源；可实现双边供电，并能够提供所用电源；F容量利用率可达到容量利用率可达

14、到 100%;F变电所内设备简单，投资小。变电所内设备简单，投资小。牵引供电系统第二章牵引变压器2.2 单相单相V/v接线变压器接线变压器2、缺点：、缺点：F在正常工作时，两台变压器均投入运行；在正常工作时，两台变压器均投入运行；F为了保证可靠性，只能采用移动备用的方式；为了保证可靠性，只能采用移动备用的方式；F当一台变压器故障或检修时，变压器的调运和投入时间当一台变压器故障或检修时，变压器的调运和投入时间较长，且需要必须跨相供电。较长，且需要必须跨相供电。牵引供电系统第二章牵引变压器2.3 单相单相V/x接线变压器接线变压器一、基本原理一、基本原理F单相单相V/x牵引变压器用于牵引变压器用于

15、AT方式供电。方式供电。F在变电所中，有在变电所中，有4台二次台二次侧有中点抽头的单相变侧有中点抽头的单相变压器压器( (2主主2副副) )。F2主或主或2副的接线方法如副的接线方法如下图。下图。牵引供电系统第二章牵引变压器2.3 单相单相V/x接线变压器接线变压器二、不对称度和容量利用率二、不对称度和容量利用率 单相单相V/x结线变压器一、二次电流关系为结线变压器一、二次电流关系为 由于单相由于单相V/x接线变压器是两个单相接线变压器是两个单相V/V接线变压器组合，接线变压器组合，因此其不对称度和容量利用率，与单相因此其不对称度和容量利用率，与单相V/V 接线变压器相同。接线变压器相同。AB

16、TC1011101IIIIKI& & & & & &牵引供电系统第二章牵引变压器2.4 三相三相V/v接线变压器接线变压器一、基本原理一、基本原理 三相三相V/v接线牵引变压器接线方式类同单相接线牵引变压器接线方式类同单相V/v接线，将两接线，将两台单相变压器放到同一油箱内。台单相变压器放到同一油箱内。 将一个高压绕组的将一个高压绕组的X1端和两一个高压绕组的端和两一个高压绕组的A2端连接在一端连接在一起，构成公共端，另两端起，构成公共端，另两端A1和和X2引出到高压接线端子。低压绕引出到高压接线端子。低压绕组的四个端子分别引出到四个接线端子。组的四个端子分别引出到四个接线端子。牵引供电系统第

17、二章牵引变压器2.4 三相三相V/v接线变压器接线变压器二、不平衡度及换相连接二、不平衡度及换相连接 三相三相V/v接线变压器的不平衡度同单相接线变压器的不平衡度同单相VV结线变压器是一样结线变压器是一样的，因而需要通过换相解决该问题，如下图所示。的，因而需要通过换相解决该问题，如下图所示。牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器 三相牵引变电所中大多采用的是油浸风冷式三相牵引变电所中大多采用的是油浸风冷式YNd11接线变压接线变压器。该牵引变压器的原边中性点采用大电流接地方式，属于三器。该牵引变压器的原边中性点采用大电流接地方式，属于三相相-两相制式。两相制

18、式。牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器一、基本原理一、基本原理F牵引变压器一次侧接成星形，中牵引变压器一次侧接成星形，中性点通过隔离开关直接接地；性点通过隔离开关直接接地；F隔离开关一般情况下断开，变压隔离开关一般情况下断开，变压器停送电时才短时闭合器停送电时才短时闭合。F二次侧接成三角形，低压侧的一二次侧接成三角形，低压侧的一角角c与轨道、接地网连接，另两与轨道、接地网连接，另两个角个角a和和b分别接到分别接到27.5kV的的a相相和和b相母线上。相母线上。ABC*(A)(X)(B)(Y)(C)(Z)(a)(b)(c)(x)(y)(z)(a)(b)(c

19、)QS牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器 由于两臂电压的相位差为由于两臂电压的相位差为60，因而变压器引出线相接的这，因而变压器引出线相接的这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器分开。两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器分开。 在图中，原边的符号用大写字母，二次绕组的符号用小写。在图中，原边的符号用大写字母，二次绕组的符号用小写。ABC*(A)(X)(B)(Y)(C)(Z)(a)(b)(c)(x)(y)(z)(a)(b)(c)QS牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器1、绘制展开图的约定、绘制展开图的约定 为了方便

20、分析和计算，通常将牵引变压器接线画成展开图为了方便分析和计算，通常将牵引变压器接线画成展开图的形式。画展开图有如下约定的形式。画展开图有如下约定: ( (1) )原、次边对应绕组相互平行；原、次边对应绕组相互平行； ( (2) )原、次边每相绕组的同名端原、次边每相绕组的同名端 放在同一侧放在同一侧; ; ( (3) )次边绕组的端子次边绕组的端子c c接钢轨和地接钢轨和地；牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器2 2、电压、电流相量的规格化定向、电压、电流相量的规格化定向F变压器电压电流的规格化定向：原变压器电压电流的规格化定向：原边绕组电压、电流采用电动

21、机惯例边绕组电压、电流采用电动机惯例定向定向( (看作负载看作负载) )。F即变压器从电力系统吸收电能；次即变压器从电力系统吸收电能；次边绕组电压、电流采用发电机惯例边绕组电压、电流采用发电机惯例定向定向 变压器是次边负荷的电源；变压器是次边负荷的电源；假定负荷从电源吸收正功率假定负荷从电源吸收正功率 。 ABC*a*bc牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器(1)(1)原边绕组电压与实际进线电压一致；原边绕组电压与实际进线电压一致；(2)(2)原、次边对应绕组相互平行；原、次边对应绕组相互平行；(3)(3)原、次边每相绕组的同名端放在同一侧原、次边每相绕组

22、的同名端放在同一侧; ; (4)(4)电流、电压相量的下标表示其实际相别，电流、电压相量的下标表示其实际相别， 与绕组端子号无关；与绕组端子号无关； (5)(5)次边绕组的端子次边绕组的端子c c接钢轨和地；接钢轨和地；ABC*a*bc牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器3 3、三相牵引变压器绕组的电流分布、三相牵引变压器绕组的电流分布 为求解三相牵引变压器绕组的电流，在展开图上标明其电压为求解三相牵引变压器绕组的电流，在展开图上标明其电压 和电流的方向，并规格化定向。和电流的方向，并规格化定向。 在图中，大写下标为一次侧电气在图中，大写下标为一次侧电气量

23、，量， 、 、 为二次侧绕组为二次侧绕组电流，电流， 和和 分别为供电臂电流。分别为供电臂电流。caI& &bcI& &abI& &aI& &bI& &牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器 假设两供电臂负载相同且为感性，则供电臂分别滞后对应电压假设两供电臂负载相同且为感性，则供电臂分别滞后对应电压角，角， 和和 之间的夹角为之间的夹角为 。120 aI& &bI& &bI& &牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器 若电力系统三相电压对称且阻抗平衡，将电力系统的电源电若电力系统三相电压对称且阻抗平衡，将电力系统的电源电压

24、和短路阻抗、牵引变压器的绕组漏抗归算到二次侧，可得牵引压和短路阻抗、牵引变压器的绕组漏抗归算到二次侧，可得牵引变压器的等效电路为。变压器的等效电路为。牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器 利用叠加原理求解，可以轻易得到二次侧三相绕组电流利用叠加原理求解，可以轻易得到二次侧三相绕组电流 、 、 与供电臂电流与供电臂电流 、 的关系：的关系：caI&bcI&abI&aI&bI&bcacabab21112311IIIII & & & & & &牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器 以以 为基准量为基准量( ),( ),因因

25、比比 滞后滞后 ，故，故 。因此，上式可转化为：因此，上式可转化为：aII&aI&bI& &120 j120beII o o& &j120j19.1bcj120-j139.1acabj120j120ab2e7e2111212e7e333111eeIIIIIII oooooooooooo& & & & & &aI& &牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器j120j19.1bcj120-j139.1acabj120j120ab2e7e2111212e7e333111eeIIIIIII oooooooooooo& & & & & &F臂绕组电流臂绕组电流 且且

26、( (其中其中I I为供电臂电流为供电臂电流) )，故供电臂绕组，故供电臂绕组ca和和bc的电流比绕组的电流比绕组ab要要大的多。大的多。F工程上，习惯成供电臂绕组工程上，习惯成供电臂绕组ca和和bc为重负荷臂绕组，绕组为重负荷臂绕组，绕组ab为为轻负荷臂绕组。轻负荷臂绕组。cabc730.882IIII abcaca70.378III 牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器二、不对称度和容量利用率计算二、不对称度和容量利用率计算 1 1、不对称度不对称度 思路：找到一次侧三线电流与供电臂电流之间的数量关系。思路：找到一次侧三线电流与供电臂电流之间的数量关系

27、。 若忽略空载电流后，则若忽略空载电流后，则A、B、C 三相铁芯柱的磁动势平衡方三相铁芯柱的磁动势平衡方程为：程为：A1ca2B1ab2C1bc2000I WIWI WIWI WIW & & & & & & &式中，式中，W1、W2分别为一、二次侧绕组的匝数。分别为一、二次侧绕组的匝数。牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器A1ca2B1ab2C1bc2000I WIWI WIWI WIW & & & & & & &bcacabab21112311IIIII & & & & & &+caA2aBabb1TCbc21112311IIWIIIIWKII & &

28、& & & & &牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器caA2aBabb1TCbc21112311IIWIIIIWKII & & & & & & &F在电力系统中，没有零序分量的产生，称系统是平衡的。没在电力系统中，没有零序分量的产生，称系统是平衡的。没有负序分量的产生，称系统是对称的。有负序分量的产生，称系统是对称的。F分析上式可知，在供电臂有电流时，无论供电臂电流如何变分析上式可知，在供电臂有电流时，无论供电臂电流如何变化，总有化，总有 ，因此没有零序电流产生，即三相，因此没有零序电流产生，即三相是平衡的。是平衡的。F 但三相但三相YN,d11变压器的

29、原边不对称，将有负序电流产生。变压器的原边不对称，将有负序电流产生。ABC0III & & & &牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器 21ABC22ABC0ABC1(aa)31(aa)31()3IIIIIIIIIIII &A1abT22jA2aba bTA01()3130IIIKIIII I eKI&q=+ =+-= AaBbTC21112311IIIIKI & & & & & &+牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器电流不对称度为：电流不对称度为： 2222aba baba b2TI1ababT13100%100%

30、100%1()3III IIII IIKKIIIIIK 令令 ，则有：，则有： 显然，不对称度显然，不对称度banII 2I1100%1nnKn I50%, 100%)K 牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器2 2、容量利用率、容量利用率 三相牵引变压器低压侧为三角形接法，设额定输出电压为三相牵引变压器低压侧为三角形接法，设额定输出电压为UN ，线电流，线电流 IA = IB=IC=IN ，则变压器的额定容量为：，则变压器的额定容量为： 三相牵引变压器三角形侧只有两个单相负荷，故其额定容三相牵引变压器三角形侧只有两个单相负荷，故其额定容量还可以表示为：量还

31、可以表示为： 注：注：IL为供电臂电流为供电臂电流)。 NN N3SU I N.outN.in100%SKS N.outN L2SU I 牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器 在正常情况下，三角形接法中的线电流是相电流的在正常情况下，三角形接法中的线电流是相电流的 倍，倍，供电臂电流为线电流供电臂电流为线电流IL ，臂绕组电流是相电流，臂绕组电流是相电流Ip ，因此有，因此有 实际供电臂电流为臂绕组电流的实际供电臂电流为臂绕组电流的1.13倍，即供电臂电流只倍，即供电臂电流只有其额定电流的有其额定电流的0.655倍倍( )( )，因而变压器的额定容量为，因

32、而变压器的额定容量为 因此额定容量利用率为因此额定容量利用率为3Lp3II 1.133NN N1.3175.6%3UKU IN.outN LNNN N220.6551.31SU IUIU I牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器三、总体评价三、总体评价 1 1、优点、优点F变压器原边采用变压器原边采用YN结线，中性点引出接地方式与高压结线，中性点引出接地方式与高压电网相适应；电网相适应；F结构相对简单，绕组可采取分级绝缘，造价较低；结构相对简单，绕组可采取分级绝缘，造价较低；F运用技术成熟、供电安全、可靠性好；运用技术成熟、供电安全、可靠性好；F变电所有三相

33、电源不但所内自用电可靠，且必要时还变电所有三相电源不但所内自用电可靠，且必要时还可向地方负荷供电。可向地方负荷供电。牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器2、缺点、缺点F变压器的容量不能充分利用，输出容量只能达到其额定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容量的 75.6%，引入温度系数后，也只能达到，引入温度系数后，也只能达到84%。F和单相结线变压器相比，主接线比较复杂，设备多，占和单相结线变压器相比，主接线比较复杂，设备多，占地面积大，投资大，而且维护检修的工作量和费用也相地面积大，投资大，而且维护检修的工作量和费用也相应增加。应增加。

34、牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器四、环相连接四、环相连接 牵引供电系统第二章牵引变压器2.5 三相三相YNd11接线变压器接线变压器牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器一、三相一、三相- -两相平衡牵引变压器的引入两相平衡牵引变压器的引入 1 1、行业定义的差异、行业定义的差异F在电力系统中，对称和平衡是有根本区别的在电力系统中，对称和平衡是有根本区别的：F平衡平衡 零序，即无零序分量称为平衡，否则为不平衡。零序，即无零序分量称为平衡，否则为不平衡。F对称对称 负序，即无负序分量称为对称，否则为不对称。负序，即无负序分量

35、称为对称，否则为不对称。牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器 分析：分析： 由于牵引变压器在工作时不会产生零序分量，但都产生由于牵引变压器在工作时不会产生零序分量，但都产生一定的负序分量，故从三相电力系统看，牵引负荷是平衡而一定的负序分量，故从三相电力系统看，牵引负荷是平衡而不对称的。不对称的。 在电气化铁道行业，由于不考虑在电气化铁道行业，由于不考虑“0 0序序”，只考虑负序，只考虑负序，因此通常，因此通常将对称变压器称为平衡变压器，这一点是与电力将对称变压器称为平衡变压器，这一点是与电力系统有出入的。系统有出入的。牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵

36、引变压器斯科特牵引变压器2 2、斯科特牵引变压器的由来、斯科特牵引变压器的由来F负序的危害：会对电力系统中的变压器、电动机、整流设负序的危害：会对电力系统中的变压器、电动机、整流设备的工作产生负面影响。备的工作产生负面影响。F引出问题：消除或减弱牵引负荷的不对称度。引出问题：消除或减弱牵引负荷的不对称度。F具体做法：变电所换接相序具体做法：变电所换接相序+三相三相-两相平衡变压器两相平衡变压器牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器F三相系统平衡条件：三相电气相量大小相等且相位互差三相系统平衡条件：三相电气相量大小相等且相位互差120度。度。F两相系统平衡条件：两相

37、电气相量大小相等且相位相差两相系统平衡条件：两相电气相量大小相等且相位相差90度。度。F结论：若牵引变压器原边三相是对称的、副边两相系统结论：若牵引变压器原边三相是对称的、副边两相系统是对称的，则其整个系统是对称的。是对称的，则其整个系统是对称的。F斯科特牵引变压器就是根据此原理而设计的。斯科特牵引变压器就是根据此原理而设计的。牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器一、一、Scott牵引变压器的工作原理牵引变压器的工作原理 下图是斯科特下图是斯科特Scott变压器的原理图。变压器的原理图。牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器FSco

38、tt变压器可看作两个单相变压器组合。变压器可看作两个单相变压器组合。F一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相系统的一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相系统的B和和C相，称为相，称为M座变压器。座变压器。F另一单相变压器的一次侧绕组一端引出，接到三相系统另一单相变压器的一次侧绕组一端引出，接到三相系统A相，相，另一端到另一端到M座变压器一次侧座变压器一次侧 绕组的中点绕组的中点O，称为，称为T座变压座变压 器。器。牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器F接线型式特点：相位互差接线型式特点：相位互差120的三相对称电压的三相对称电压 两个数值两个数值

39、相等、相位差为相等、相位差为90的两相对称电压的两相对称电压U2M 和和U2T，分别向两个，分别向两个臂供电。臂供电。F当两臂负荷电流相等时，原边三相电流相等。当两臂负荷电流相等时，原边三相电流相等。F实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯上，安实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯上，安装在一个油箱内。装在一个油箱内。牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器二、二、电压和电流关系电压和电流关系 1 1、电压关系、电压关系 下图是斯科特变压器一、二次侧电压关系。下图是斯科特变压器一、二次侧电压关系。 牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压

40、器斯科特牵引变压器F若电力系统三相电压对称，线电压若电力系统三相电压对称，线电压 、 、 构成等边构成等边三角形三角形ABC。FBC边为电压边为电压 （M座一次侧绕组电压）；座一次侧绕组电压）；F高高AO的电压的电压 （T座一次侧绕组电压），且座一次侧绕组电压），且F结论：结论：ABU&BCU&CAU&BC1MUU&AO1TUU&oj901T1M3e2UU&AOBC32UU&牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器FM座变压器的变比：座变压器的变比： FT座变压器的变比座变压器的变比 ：F结论：结论：F斯科特变压器可将三相对称电压变换为两相对称的电压斯科特变压器可将

41、三相对称电压变换为两相对称的电压 。F工程上，将工程上，将M座变压器称为底变压器，将座变压器称为底变压器，将T座变压器分别称座变压器分别称为高变压器。为高变压器。 1M2WKW 1TM23322WKKWooj901Mj901T2T2MTM3e2e32UUUUKK&牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器2、电流关系、电流关系 假设两供电臂功率因素相同，根据假设两供电臂功率因素相同，根据 ，可知，可知 选取选取 为基准量，则有为基准量，则有 ， 。 当两负荷臂电流相等时，则有当两负荷臂电流相等时，则有 。 根据根据KCL电流方程及变压器的磁势平衡方程，可得电流方程及变

42、压器的磁势平衡方程，可得 oj902T2M3e2UU&oj90TMeII &MI&MMII&TTjII&MTIIIABC11BC2 M1 A2 T02232IIIWWIIW IW IW I&牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器 再根据再根据M座变压器的变比座变压器的变比KM（ ），可得原边三相），可得原边三相电流与负荷电流的函数关系。电流与负荷电流的函数关系。 1M2WKW j90A-j130MBTMMM-j150Ce020j223-13-je3333-13-jeIIIIIKKKIooo& 结论：结论： 在在M、T两供电臂负荷电流大小相等、两供电臂负荷电流大小相等、功率因数相等的条件下，功率因数相等的条件下，Scott牵引变压牵引变压器原边对称。器原边对称。牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器三、不平衡度三、不平衡度( (实为不对称度实为不对称度) )和容量利用率的计算和容量利用率的计算 1 1、不平衡度、不平衡度 21ABC22ABC0ABC1(aa)31(aa)31()3IIIIIIIIIIII&AMBTMC023-133 -1IIIIKI&j90A1MTMj90A2MTM01()31()30IIIeKIIIeKI&牵引供电系统第二章牵引变压器2.6 斯科特牵引变压器斯科特牵引变压器 不平衡度为：