a供电方式和vx接线牵引变压器的合理性分析

a供电方式和vx接线牵引变压器的合理性分析

近年来，直供式v.v连接110.27.5kvv引入变量广泛应用于铁路电气化和现有电气化线路的重建。作为v系列的引入变量，v-x线的新引入变量v.227.5kv首次应用于准东线（格尔）以东周至西营子段铁路电气化工程福兴市的诱导装置。1c《ss3》设计准东线周西段铁路运量为1500万吨/年,并预留运量增长条件,主要技术标准如下。线路等级:地方铁路I级(改建地段按工业企业Ⅰ级标准设计);正线数目:单线;限制坡度:15‰;机车类型:SS4三机;牵引质量:6000t;到发线有效长度:1050m;闭塞类型:半自动;电气化供电方案:牵引网供电方式采用AT供电方式。牵引变电所的分布方案见图1,新设福兴城牵引变电所和薛家湾、海子塔、沙圪堵、西营子4座AT所。外部电源供电方案:由薛家湾220kV地区变电站和在建沙圪堵220kV地区变电站各出一回110kV线向福兴城牵引变电所供电。2“v/v”和at方式纯相线与其他线路的选择区别准东线周家湾至西营子铁路地处电源稀少地区,又为开行重载列车的线路,该线电气化采用AT供电方式,供电能力强、电源投资少,适合本线牵引负荷和外部电源具体情况,所选择供电方式是合理的。选择牵引变压器接线型式,要考虑对电力系统的负序、谐波影响和牵引变压器的容量利用率及方便运营管理等多方面的因素。采用110kV电源供电,依据其承受负序影响的能力大小,牵引变压器接线型式按纯单相变压器“V”接线牵引变压器、平衡变压器(容量利用率均为100%)的顺序选用。按照福兴城牵引变电所的负荷和电源条件,纯单相变压器不能使用。国内已投产的AT供电方式电气化铁道所使用的牵引变压器类型仅在大同铁路分局采用,即大秦线上的斯科特接线、十字交叉(对顶三角)接线以及秦皇岛牵引变电所的纯单相接线。斯科特接线牵引变压器属平衡类接线,抑制负序影响效果较好,但结构复杂、造价高;其AT供电方式牵引变电所的55kV馈线须设出口自耦(AT)变压器,占地面积大、主接线复杂,投资较大,故不宜采用。十字交叉接线与Y/∆接线牵引变压器特性相同,负序影响只是纯单相接线变压器的一半,除容量利用率低(仅为75%)外,滞后相供电臂电压受引前相负荷影响大。如果采用这种接线方式,牵引变压器的安装容量将是40MVA,比设计的V/X接线牵引变压器容量31.5MVA大8.5MVA,仅每年基本电费就多支出142.8万元,故亦不宜采用。V/X接线牵引变压器与V/V接线牵引变压器特性相同,负序影响与十字交叉接线一样。虽然在国内尚无使用先例,但是国内直供方式V/V接线牵引变压器已有几十台在使用,V/X接线是将V/V接线和AT方式纯单相接线的技术进行整合,在变压器的设计和制造方面比斯科特、十字交叉接线都要简单。所以,福兴城牵引变电所应采用V/X接线牵引变压器。3连接触发源v的研究3.1v/x地下铁芯结构已应用的直供方式V/V接线牵引变压器是双绕组变压器,铁芯型式有2种:其一为2个单相绕组的磁通各自独立、2个铁芯式单相变压器共置于一个油箱的组合式(以下称组合式);其二是2个单相绕组的磁通相互关联、中间柱无绕组的三铁芯V接式(以下称三铁芯式)。AT方式V/X接线牵引变压器是三绕组变压器,每相有2个次边绕组,次边绕组的匝数是V/V接线牵引变压器的2倍。由于三铁芯式牵引变压器每相的原、次边绕组只能套在一个铁芯柱上,对于一定高度的铁芯,次边绕组匝数的增加会使得整个绕组直径增大,不仅铜材使用量大、损耗大、漏磁大,而且使得油箱变宽,不利于变压器油的对流散热。因此V/X接线牵引变压器铁芯型式不宜采用三铁芯式。组合式牵引变压器每相的原、次边绕组分布在2个铁芯柱上,次边绕组匝数的增加所带来的影响要小得多。所以,V/X接线牵引变压器的铁芯型式采用组合式。3.2主供电源的选择通常变电所中牵引变压器的分接范围是(110±2)×2.5%kV,但是福兴城牵引变电所的主供电源即薛家湾220kV变电站距准格尔发电厂仅1.5km,故选择分接范围是(110±13)×2.5%kV。3.3牵引变压器采用自冷式与我国电气化铁道牵引供电设备的无维修和少维修、牵引变电所无人值班相配合,牵引变压器正在趋向采用自冷式。牵引变压器采用自冷式并预留风冷条件,是做好近远期结合、增大牵引变压器适用范围、延长使用时间的一项有利措施。考虑到该铁路是代管运营方式,因此选择牵引变压器采用自冷式。受投资限制,按照建设管理部门意见现采用风冷式。3.4检测、维修管理水平的提高采用低短路阻抗的牵引变压器有利于电压调整和功率因数提高,但短路电流大。随着牵引供电设备的技术和检测、维修管理水平的提高,大幅度地提高了设备耐受大短路电流的能力和减少了短路故障的发生几率,低短路阻抗牵引变压器已在推广应用。另外,由于取消了牵引变电所出口AT变压器,在变压器的设计制造方面,各绕组间的阻抗匹配也要求采用较低的短路阻抗。本次设计采用短路阻抗电压百分值为8.4%。3.5设置连接连接考虑牵引变电所合理布置的需要,并沿用YNd11接线牵引变压器的习惯,设计端子标志及连接示意图见图2。3.6牵引变压器容量分配比例V/X接线牵引变压器是由2台单相变压器组合而成的,福兴城牵引变电所的牵引变压器为16MVA+15.5MVA,以原边绕组容量为16MVA的这台单相变压器为例研究各绕组容量分配,为了叙述方便,定义原边绕组容量为S1;连接接触网的次边为T绕组,容量为S2;连接正馈线的次边为F绕组,容量为S3;其供电范围内的牵引负荷容量为Sf;三个绕组中传输的牵引负荷容量分别为S1f、S2f、S3f。不计牵引变压器和牵引网损耗对传输容量的影响,由AT供电方式的电路特性可得以下关系式:总结以上4式,理论上最为经济的绕组容量分配约束条件为次边绕组容量平均分配的比例为次边绕组最大容量的分配比例为满足式(7)的牵引变压器,既能向AT方式牵引网供电,又能向直供方式牵引网供电,且不限制负载所处位置。当牵引变压器的容量足够大(笔者认为在40MVA以上)时,技术和经济方面都应满足式(5);但对于容量较小的牵引变压器,不仅技术上无法满足式(5),而且由于电工产品的系列化、规格化,满足式(5)会使得经济上反而不合理。当AT方式供电臂中的负荷均匀时,S2、S3的容量与该供电臂的总长度以及第一个AT段的长度有关。就准东线设计的重载列车负荷情况,对于16MVA这样小容量的牵引变压器,如按照式(6)平均分配次边绕组容量,S1∶S2∶S3=16∶8∶8,则T绕组会严重过载;如按照满足式(5)的各绕组容量分配比例约为16∶10∶6,当负荷分布不均匀时,T绕组、F绕组都会过载,但是比平均分配次边绕组容量合理;按照满足式(7)的绕组容量分配比例为16∶16∶8,不限制负载,因该牵引变压器不向直供方式牵引网供电,所以会造成T绕组容量浪费。结合本线的具体情况,选择绕组容量分配比例为S1∶S2∶S3=100∶75∶50,即16∶12∶8。3.7u3000地震情报电路应用上述研究结果,制定的福兴城牵引变电所V/X接线牵引变压器的主要技术参数如下。·类型:户外、油浸、风冷。·额定电压高压:(110±13×2.5%)kV(各电压抽头均保证全容量,无励磁调压);低压:2×27.5kV。·额定容量110kV侧:AB绕组16MVA,BC绕组15.5MVA;27.5kV侧:T绕组12.0MVA,F绕组8.0MVA。·相数:三相。·频率:50Hz。·极性:减极性。·连接组标号:Ii0i12+Ii0i12。·短路阻抗电压百分比:8.4%。即阻抗电压为16MVA,要求Z21=Z31,并(-Z23-1+3Z21+Z31)/4<0.45Ω(代替出口AT)。其中:Z21为一次侧短路后从二次侧(T绕组)看到的阻抗。Z31为一次侧短路后从三次侧(F绕组)看到的阻抗。Z23-1为一次侧短路后从二、三次侧绕组串联回路两端看到的阻抗。·损耗空载时≤25kW,负载时≤140kW。4牵引变质系统接触网采用全补偿简单链形悬挂方式,考虑机车交路中受电弓滑板匹配要求,选择接触线与相邻的大准电气化铁道一致,采用钢铝电车线,正线接触线为GLCN-250,站线接触线为GLCN-195。正线承力索为LBGLJ-120,站线承力索为LBGJ-70。牵引变电所供电线为2×LGJ-185,AT所供电线为LGJ-185;正馈线为LGJ-185。回流系统采用冗余技术,牵引变电所N线为2×LGJQ-240,AT所N线为2×LGJ-185,保护线为LGJ-120。牵引变电所两相母线T-N间各设一套补偿度为0.12的常规L-C并联电容补偿装置,其中引前相母线T-N间还设了可调电抗器,用于吸收过剩无功以提高功率因数。牵引变电所采用Dyn11接线27.5/0.4kV的所用变压器,原边连接于F1、F2、N母线,不仅用于提供所用三相交流电源,而且可改善牵引变压器输出电压波形。5省让新设置电分相及减轻电子at等方式的变压器2004年初,当地供电部门薛家湾供电局以薛供函5号文《关于选用V系列变压器的复函》批复,同意新建福兴城牵引变电所使用V系列牵引变压器,准东线周家湾至西营子区段的铁道电气化将于2004年10月份开通。准东线周西段电气化扩能改造工程采用AT供电方案,一次投资、基本电费支出及近、远期结合方面与直供方案相比优势明显,并避免了在大坡道上设置电分相的问题。福兴城牵引变电所采用本文研究的V/X接线这种博采众长的新型AT方式牵引变压器,与斯科特接线牵引变压器相比,可节省出口自耦(AT)变压器;与十字交叉接线牵引变压器相比,容量利用率高,供电臂电压水平高;与纯单相接线牵引变压器相比,可使负序影响减少一半。将V/X接线牵引变压器的其中一个绕组恢复成直供方式,则会构成V系列另一个接线型式V/y接线(注:取y之形,与常规的y表示