电气化铁路scott接线变压器牵引供电方式设计1.

1、黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）题目电气化铁路scott接线变压器牵弓丨供电方式设计专业班级 _姓 名_学 号 _2017年 月 日摘要随着我国铁路跨越式发展战略的逐步实施,我国铁路已逐步向高速客运专线的方向发展 ,电气化铁道接触网作为整个电力供电系统的重要组成部分,其牵引负荷的供电要求相以前的常规铁路已发生较大变化 ,对接触网系统的供电质量要求也越来越高。牵引供 电系统的供电质量好与坏？弓网是否有良好的受流质量？这与高速铁路供电系统方式 有着密不可分关系 ,因为供电方式的不同将直接影响接触网的电压、电流等参数,最终影响受流质量。目前 ,铁道部加快了重载高速电气化铁路的建设。重载高速电气

2、化铁路的 重要特点是牵引负荷较以往电气化铁路有很大幅度的提高，如大秦线2亿t扩能改造工程,单列车牵引质量由1万t增加到2万t,牵引功率也由原来的12800kW增加至25600kW; 高速客运专线速度为350km/h时,列车牵引功率可达到2200025000kW,是普通速度客 运机车功率的45倍。如此大的负荷对供电系统的功率传输能力提出了新的要求。因 此,对高速铁路接触网供电方式研究是十分关键的。关键词：变压器，斯科特，供电目录第 1 章绪论 .1.1.1选题目的和意义 .1.1.2国内外研究现状 .1.1.3牵引变压器 .2.1.4本文主要内容 .2.第 2 章斯科特变压器 .4.2.1 AT

3、供电方式 .4.2.2斯科特变压器特点 .4.2.3斯科特变压器供电方式 .6.2.4高压侧主接线 .7.2.5馈线侧主接线设计 .8.第 3 章斯科特计算 .1.0.3.1变压器计算容量 .1.03.2变压器校核容量 .1.03.3短路计算 .1.1.3.3.1 短路点的选取 .1.13.3备用方式选择 .1.13.4绘制电气主接线图 .1.2第 4 章我国采用斯科特变压器的线路 .1.44.1哈大铁路客运专线 .1.44.2京沪高速铁路 .1.4.4.3京沈客运专线 .1.5.第 5 章结论 .1.6.参考文献.1.7.第1章绪论1.1选题目的和意义我国自1961年8月15日建成开通宝鸡至

4、凤州91km第一段山区电气化铁路、 实现电气化铁路零的突破以来,到2005年末，电气化开通营业里程已突破2万 km。电气化铁路所具有的牵引力大、速度快、能耗低、效率高、污染小的优越 性,使电气化铁路从山区到平原，从重载到客运专线，形成了遍布全国的电气化铁 路网。目前,铁道部加快了重载高速电气化铁路的建设。重载高速电气化铁路的重 要特点是牵引负荷较以往电气化铁路有很大幅度的提高，如大秦线2亿t扩能改造工程,单列车牵引质量由1万t增加到2万t,牵引功率也由原来的12800kW增 加至25600kW高速客运专线速度为 350km/h时，列车牵引功率可达到 22000 25000kW是普通速度客运机车

5、功率的45倍。如此大的负荷对供电系统的功率 传输能力提出了新的要求。我国电气化铁路绝大多数采用110kV作为牵引变电所的受电电压，均保证了 安全、可靠的供电；但对于重载高速线路,需电网输电容量达到126180MVA要 保证输送如此大的功率，则应当考虑采用更高等级的电压作为受电电压。1.2国内外研究现状斯科特平衡变压器，包括两台单相变压器，分别为M变和T变，M变包括第一高压绕组、结构对称的第一低压绕组和第二低压绕组，T变包括第二高压绕组、结构对称的第三低压绕组和第四低压绕组。由于M变和T变分别提供两组结构对称的低压绕组，通过低压绕组的串联连接和并联连接方式，可以实现电源 电压的三相变两相和三相变

6、四相，能够同时满足电气化铁路直供方式和AT供电方式。既可以满足电气化铁路牵引供电系统近期规划的直供方式，也可以满足 远期规划的AT供电方式，无需更换变压器，能够减少变压器投资，节约资源。斯科特（Scott ）变压器，是一种特种变压器。它能将供电电源的三相电变 成两相电（两个相位差 90的单相），提供两相电源，保证供电的三相电源平 衡。一般斯科特变压器大多用在电气化牵引铁路中；该变压器原边有两个绕 组，接成倒T形，它的底部绕组（称为底绕组）接入高压系统的两相间电压（如 A，C相间），另一绕组（称为高绕组）则连接于底绕组中心点和高压三个电压 中的另一相（如B相），底绕组和高绕组的匝数比为1:V3/

7、2 ;次边匝数相同的两个单相绕组，在空间结构上分别与倒 T形原边绕组相对应、构成互成 n /2 相位差的两相次边电压 Ua , UB,分别向两侧不同的接触网分段供电。当两馈 电分段电流为I a , I B时，通过电流变比和相位转换，可得原边三相电流IA =IB二IC且相位是对称的，使原边三相负荷实现了平衡，是其优点。1.3牵引变压器牵引变压器是将三相电力系统的电能传输给二个各自带负载的单相牵引线 路。二个单相牵引线路分别给上下行机车供电。在理想的情况下，二个单相负 载相同。所以，牵引变压器就是用作三相变二相的变压器。1.4本文主要内容研究内容：本文主要的研究目的是通过对斯科特变压器的研究，加强

8、对斯科特变压器以及AT供电方式的了解，发现其中存在的问题，进而提出将斯科特变 压器发展方向。 拟从以下几个方面进行研究：1 首先介绍斯科特变压器的结构组成，分析斯科特变压器的发展背景，及 其应用在牵引供电上的重大意义；2分析AT供电方式供电的使用、效果以及存在问题，分析使用 AT供电对 于高速铁路的有利影响；3介绍对斯科特变压器对于高速铁路发展的意义，重点分析其对供电的三 相平衡，突出设计的主题；4.分析牵引供电中存在的制约因素，以及这些制约因素对我国牵引供电所带 来的危害和影响；5结合前文的综合论述，进行总结，同时重申论文的研究目标以及对斯科 特变压器的展望。研究方法：结合本文的特点，本文的

9、研究会用到以下几种方法1文献检索法本文的研究需要首先阅读大量的文献成果， 才能总结出现在该论题的研究进 展情况，找出以前研究的不足和避免研究内容的重复性；2比较分析法在论文中将对牵引供电方式进行分析， 需要对技术指标方面进行比较，总结 出不同的特点，看出牵引供电方式存在的差距。3理论联系实际的方法对现有线路进行分析，结合理论分析我国电气化铁路发展的现状以及AT供电方式发展的必要性。第2章斯科特变压器2.1 AT供电方式斯科特变压器使用在自耦变压器供电方式（简称AT供电方式），自耦变压器 供电方式（简称AT供电方式），是每隔10km左右在接触网与正馈线之间并联接入 一台自耦变压器，其中性点与钢轨

10、相连。自耦变压器将牵引网的供电电压提高 一倍，而供给电力机车的电压仍为 25千伏，如下图所示。12/1;2 /电力机车由接触网受电后，牵引电流一般由钢轨流回，由于自耦变压器的 作用，经钢轨流回的电流，经自耦变压器绕组和正馈线流回变电所。当自耦变 压器的一个绕组流过机车电流时，其另一个绕组感应出电流供给电力机车，因 此，当机车负荷电流为I时，由接触网和正馈线供给的电流为 0.5I，另外的负 荷电流由自耦变压器感应电流供给。这种供电方式的牵引网阻抗很小，电压损失小，电能损耗低，供电能力大，供电距离长，可达 4050km由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中的方 向相反，因而对邻近的通信线路干扰很小。2

11、.2斯科特变压器特点斯科特变压器实际上也是由两台单相变压器按规定连接而成。一台单相变 压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，称为座变压器；另 一台单相变压器的原边绕组一端引出，接到三相电力系统的另一相，另一端到 M座变压器原边绕组的中点 O,称为T座变压器。这种结线型式把对称三相电压变换成相位差为 的对称两相电压，用两相中的一相供应一边供电臂，另一相供 应另一边供电臂。M座变压器原边绕组匝数，电压分别用表示，两端分别接入电力系统的B，C相；副边绕组匝数，电压分别用 表示，向左边供电臂供电。T 座变压器原边绕组匝数，电压分别为，一端接在 M座变压器原边绕组的中点0,另一端接到接到电

12、力系统的 A相；副边绕组匝数，电压分别为 ，向右边供 电臂供电。T座和M座副边匝数相同，都是 ，原边匝数不同，T座原边匝数是M 座的。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。图2-1中M座变压器原边绕组匝数、电压分别用 1、UlM表示，两端分别 接入电力系统的B、C相；副边绕组匝数、电压分别用 匕、U2M表示，向左边 供电臂供电。T座变压器原边绕组匝数、电压分别为 -31 2、UlT，一端接到 M座变压器原边绕组的中点 0 ,另一端接到电力系统的 A相；副边绕组匝数、电压分别为 上、U2T，向右边供电臂供电。原、副边电流如图中标示。由图可知，T座和M座副边匝数相同

13、，都是-2 ；但原边匝数不相同，T座原边匝 数是M座的32倍。实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯 上，安装在一个油箱里。图2-1斯科特变压器原理电路图由于该牵引变电所采用直接供电方式向双线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5KV，SCOTT接线。因此，其动力变压器及其自用电变压器可采用逆斯 科特变压器，逆斯科特变压器接线如图 2-2所示。图2-2逆斯科特接线2.3斯科特变压器供电方式单线AT牵引网图2-3为单线AT牵引网，仅由接触网，轨道，正馈线构成(b(b ) )图2-3yV 1EI/ b- jf1 - 1双线AT牵引网如图2-4所示，c, d为双线AT牵引网，除了接触网，

14、轨道，正 馈线之外，还有保护线、横向连接线和（双线）横向连接线。图2-42.4 高压侧主接线牵引变电所高压侧（电源进线侧）的主接线设计可以分为三类：母线型接线、 桥式接线、双T接线。对于大型变电所来说，母线型接线是中心牵引变电所110kV 电源侧电气主接线的核心；通过式牵引变电所 110kV电源侧一般采用桥式接线； 分接式牵引变电所110kV电源侧采用双T接线。根据题目要求及分析已知条件可知：待设计变电所为一中等容量的通过式牵 引变电所。所以我们选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线。桥式接线又分为内桥和外桥两种接线形式。ATFATFT*T*图2-5内桥接线，连接在靠近变压器侧，其特点是适用于

15、线路长，线路故障 高，而变压器不需要频繁操作的场合，这种接线形式可以很方便地切换或投入线 路。图2-6为外桥接线，本设计采用的是外桥接线，连接在靠近线路侧，其特点 是适用于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接 线方式便于变压器的投入以及切除。为了配合牵引变电所在出现主变压器故障时备用变压器的自动投入，选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障主变压器的切除。2.5 馈线侧主接线设计直接供电方式向双线区段供电，牵引变压器类型为直接供电方式的馈电线包 括接触网（T ）和正馈线（F ）两根线，断路器和隔离开关均为双线；另外有中 线馈出，不设断路器和隔离开关。当牵引变压器（

16、SCOTT接线变压器）副边线圈无中点抽头时，在变电所内还应另设自耦变压器。一般将自耦变压器设在馈电 线外侧，当相邻变电所越区供电时，可作为末端的自耦变压器使用。 双线铁路一 般为四回馈电线，每两回同相馈电线设一组备用断路器，如图2-7所示。图2-7双线区段斯科特变压器直接供电方式馈电线主接线该方式是50%备用的接线方式，这种接线方便于工作，当工作断路器需检修 时，可有各自的备用断路器来代替其工作 ，断路器的转换操作较方便，供电可 靠性高。TeMe282.5236.5= 1.191 1.19-0.911 v2 n.11.192 1.19(3-3)第3章斯科特计算3.1变压器计算容量斯科特结线变压

17、器两副边绕组是相互独立的，故副边绕组的有效电流为I Te = he_r（ 3-1）1 Me = 1 2e式中，*e和I Me分别为T座、M座绕组有效值；lie和为对应于T座与M 座的供电臂1、2的有效电流。则其计算容量为S = U（ . iMe3 - lTe） 1（ 3-2）式中，由于是用于直接供电系统，则 U =27.5kV , lTe“1e.2、lMe“2e.2。由 条件知 l1e =363 202=565A， l2e = 319 154 = 473A， lTe=282.5A，ge =236.5A，则由式（3-2 ）可得计算容量为S =U (. I Me lTe 3 lTe) 1 =27.

18、5 (、 236.5?282.5- 3 282.5) 0.91 =20235.6kVA3.2变压器校核容量Sbmax = U (扌 I M max IT max 3I T maj 2式中U为牵引侧电压，为27.5kV ； ITmax IM max分别为M座、T座二次绕组最大电流，ITmax =504A，lMmax=344A，1也、Lmax分别为与对应的供电臂最大电流。T max504M max344= 1.4711.4711n2 n 3.111.4721.473= 0.89(3-4)则由式（3-3）可得变压器的最大容量为S b max 二u( |M max J T max / 3 + | T

19、max )电=27.5汉(3442 + 5042 / 3 + 504)x0.89 = 48684kVA校核容量Sj为SJ = Sb max . K =48684.2 二 24342 kVA3.3 短路计算（1） 在选择电气设备时，为保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、 可靠地工作，同时又力求节约资金，这需要全面的短路计算。（2） 在设计屋外高压配电装置时，需按短路计算条件检验软导线的相间和 对地的安全距离。（3） 在选择几点保护方式和进行整定计算时，需要短路计算提供依据。3.3.1 短路点的选取因短路计算的主要计算式短路电流，所以对一次侧设备的选取一般选取 110kV高压侧母线短路点作为短

20、路计算点；对二次侧设备和牵引馈线侧断路器的 选择一般选取27.5kV低压母线侧短路点作为短路计算点。3.3 备用方式选择区域电网以双回路110kV输送电能，电力系统容量为3000MVA，选取基准容量 为Sj为1000MVA，在最大允许方式下，电力系统的电抗标幺值分别为 0.24；在 最小运行方式下，电力系统的标幺值为 0.30。某牵引变电所 A采用直接供电方式向双线区段供电，牵引变压器类型为 110/27.5kV，三相平衡接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表1-1所示。表3-1两供电臂电流归算到27.5kV侧的电流牵引变电 所供电臂长度km端子平均电流A有效电流A短路电流A穿越电流

21、AA24.6282363102320220.4a240319874154已知max =48684KVA ,故选用的固定备用或移动备用方式下的安装容量是合适的。在采用移动备用方式的情况下，考虑到当两台并联运行的牵引变压器一 台发生故障停电后，由另一台单独运行，允许超载 30%，并持续4小时，为使其 单独运行而不影响铁路正常运输，且考虑到负荷的增长率为10% 40%，由Sbmax =25 1.3=32.5MVA21882 1.4=30.6MVA所以容量选用225000 kVA变压器作为移动备用。如果选用移动备用，当牵引变压器发生故障时，移动变压器的调运和投入约 需数小时。此外，靠一台牵引变压器供电

22、往往不能保证铁路正常运输，即使这种影响在单线区段或运量小的双线区段可以很快恢复正常，但考虑到本牵引变电所设在沿线有公路条件的大运量的双线区段，为确保供电的可靠性应当采用固定备用方式。采用固定备用方式，为使其单独运行而不影响铁路正常运输， 且考虑到负荷 的增长率为10% 40%，由Sbmax = 40 2 二 80MVA 32456 1.4 二 45.4MVA所以安装容量选用2 40000 kVA变压器，一台运行一台固定备用。采用固定备用方式的优点是：其投入快速方便，可以确保铁路正常运输，又 可不修建铁路专用线岔，可使牵引变电所选址方便、灵活，场地面积较小，土方 量少，电气主接线较简单。综上所述

23、，采用2 40000 kVA容量的斯科特变压器，采用固定备用方式，变 压器型号为SCOTT -T53025。表3-2 SCOTT -T53025变压器的技术参数额定电压(KV)额定电流(A)损耗(KV)阻抗 电压额定容量(KVA)咼压低压高压压压空载短路(%)空载电流(%)4000011027.56031021545.252.53.4绘制电气主接线图综合电源侧主接线图、变压器主接线图、馈线侧主接线图可得牵引变电所 电气主结线图。电气主结线图见附图。图中高压侧采用外桥接线形式，这种接线形式所用电气设备少，接线相对 简单，可靠性高。两台主变压器均为斯科特接线变压器，正常时一台工作，一 台备用。当工

24、作电源失压或工作变压器故障时，在主断路器跳闸后，由自动切 换装置使备用的斯科特变压器投入工作，从而保证了不间断供电。两回110KV电源进线各挂有一组电容式电压互感器（TV）0由于主变压器二次侧为对称的的两相 27.5KV故每相（两条线）所使用的断 路器、隔离开关均为双极联动的。并联电容补偿装置跨接于每相的两条线上。 两台自用电变压器分别接于两台主变压器的二次侧，并采取二相一一三相的斯 科特反变换获得三相电源。这种供电方式的牵引馈电线，每路始端均跨接有自耦变压器直接。直接两 端分别与牵引网的接触导线（或接触网 T）及正馈导线（F）相连，中点与钢轨（R）及保护线（pvy相连，并通过火花间隙（放电器

25、）接地。该主接线中的馈 线断路器采用的备用方式。第4章 我国采用斯科特变压器的线路4.1哈大铁路客运专线哈大铁路客运专线，是指在中国黑龙江省哈尔滨市与辽宁省大连市之间建设 的高速客运专用铁路。是国家“十一五”规划的重点工程，是国家中长期铁路 网规划“四纵四横”客运专线网中京哈客运专线的重要组成部分，是我国目前 在最北端的严寒地区设计建设标准最高的一条高速铁路。哈大客运专线于2007年8月23日正式开工建设，2010年12月28日全线贯通。2012年12月1日正 式运行。它北起黑龙江省哈尔滨市，南抵辽宁省大连市，线路纵贯东北三省，途 径哈尔滨、长春、沈阳、大连四个副省级城市和六个地级市及其所辖区

26、县。全长 921公里，为双线电气化铁路。其中黑龙江省境内81公里，吉林省境内270公里，辽宁省境内553公里，设23个车站。2012年6月3日，随着哈大铁路客运专线最后一段接触网-长春西至哈 尔滨接触网成功送电，至此，哈大铁路客运专线接触网实现了全线送电贯通，标志着哈大铁路客运专线电气化工程已经建成竣工，进入开通运营前的分段及全线 拉通联调联试和动态检测阶段。哈大铁路客运专线电气化工程，全线采用 AT供电方式，对于枢纽地区跨线 列车联络线、动车组走行线和动车段等采用带回流线的直接供电方式。各变电所引入两路220千伏高压直流 电源，进线侧主线采用分支形式；2X 27.5kV侧采 用单母线分段的接

27、线形式。各变电所设置两组牵引变压器，一组运行，一组固定 备用。全线共设置牵引变电所20座，分区所18座，2座分区兼开闭所，32座 AT所，2座开闭所。全线正线接触网采用全补偿弹性链型悬挂，站线接触网采 用全补偿简单链型悬挂。4.2 京沪高速铁路京沪高速铁路位于中国华北和华东地区，两端连接环渤海和长江三角洲两个 经济区域，全线纵贯北京、天津、上海三大直辖市和河北、山东、安徽、江苏四 省。所经区域面积占国土面积的 6.5%,人口占全国地26.7%,人口 100万以上城 市11个，国内生产总值占全国的 43.3%，是中国经济发展最活跃和最具潜力的 地区，也是中国客货运输最繁忙、增长潜力巨大的交通走廊

28、。沿线以平原为主， 局部为低山丘陵区，经过海河、黄河、淮河、长江四大水系。北京一济南属冀鲁 平原，地形平坦开阔，地势为两端高、中间低，团泊洼一带为全线最低处；济南 徐州属鲁中南低山丘陵及丘间平原，地形起伏较大，泰安段为全线海拔最高的 区段；徐州一上海线路主要通过黄淮、长江三角洲平原区，局部（蚌埠一丹阳） 通过阶地垄岗、低山丘陵。沿线的工程地质条件主要是软土、松软土分布广泛， 尤其是武清一沧州松软土、丹阳一上海软土，埋深变化大，软土层厚、强度低， 工程性质差。设计最高运行时速 350km初期运营时速300km列车最小追踪间 隔按3min设计。预计京沪高速铁路建成后，列车以时速 350km运行，北

29、京南一 上海虹桥站全程运行时间为3h58min ;以时速300km运行，运行时间为4h37min ; 以时速200km运行，运行时间为6h52min。年客运输送能力双向达到 1.6亿人 次。4.3京沈客运专线京沈客运专线位于中国东北和北京市，连接环渤海和东北工业基地两个经济 区域，全线纵贯北京，河北承德，辽宁的朝阳、阜新、沈阳三省五市。京沈客专设20座车站。京沈客运专线新建正线起于北京星火站南咽喉DK12公里处，途经北京市、河北省、辽宁省，止于沈阳站。全线途经北京市，河北省 承德市，辽宁省朝阳市、阜新市、锦州市黑山县和沈阳市。其中根据铁路总公司安排，京沈客专沈阳西至乌兰木图段为综合高速试验段，全长185公里，设计时速满足500公里/小时的试验标准，试验的主要内容 为更高速度条件下高速铁路关键技术科学试验、基于自主知识产权的高速铁路信 号系统的研究与试验、新型牵引供电系统关键技术及应用试验等九大类内容、59 项课题。根据京沈客专北京段初步规划设计，为保证全线的建设进度，京沈客专 新建正线起于DK12公里处，即星火站南咽喉为新建正线起点