高铁变电所变压器的运行与故障处理-高铁牵引变压器的接线方式及选型

高铁牵引供电系统运行与管理项目二：牵引供电系统节能降耗任务1：提高牵引变压器容量利用率知识点：单相牵引变压器2单相变压器电力机车是单相交流负荷，显然，牵引变电所采用单相变压器最为直观简单。图

单相变压器结线

优点：容量利用率为100％，主接线简单、设备少、占地面积小、投资少。缺点：形成很大负序电流，不对称系数为1；不能实现双边供电，变电所无三相供电。【纯单相接线】单相变压器主要适合于电力系统容量较大，地方电网较发达的地区，如我国哈尔滨至大连铁路全部采用纯单相接线，牵引变电所接于容量较大的220KV电网。【纯单相接线】单相变压器

与纯单相接线的区别：是两台变压器分别接不同的两个线电压。优点：容量利用率为100％，能实现双边供电，设备少、投资少。变电所可三相供电。缺点：形成较大负序电流，不对称系数为1/2；当其中一台变压器故障时，另一台兼顾供电，需一个倒闸时间，会造成牵引负荷停电。【单相V/V接线】图

单相V/V结线单相变压器特点：将两台单相V，V结线变压器安装在同一油箱内，主要解决单相V，V结线牵引变电所无固定备用及备用变压器自动投入的问题。两种接线方法：VV0(VV12)/VV6【三相V/V接线】单相变压器【三相V/V接线】单相变压器轨回流扁钢地回流扁钢架空回流电缆变压器C相电缆【三相V/V接线变压器C相】单相变压器【三相V/V接线牵引变电所】单相变压器保持了单相V/V接线的主要优点，而又克服了单相V/V接线的不足，最主要解决了单相V/V接线牵引变电所无固定备用及其备用变压器自动投入问题。且油箱内两台变压器磁路独立，两台容量可以相等，可以不等，调压可分别进行，大大提高了供电灵活性。单相变压器高铁牵引供电系统运行与管理项目二：牵引供电系统节能降耗任务1：提高牵引变压器容量利用率知识点：三相牵引变压器12三相牵引变压器电力机车是单相交流负荷，显然，牵引变电所采用单相变压器最为直观简单。图

单相变压器结线三相牵引变压器均为双绕组油浸变压器。国家标准规定三种形式为标准接线，即Y/d11，Y/yn12，YN/d11。牵引变电所采用其中YN/d11接线，原边电压110KV(220KV)，副边电压27.5KV。【补充知识点】：Y—原边星形接线(大写)；N—原边带中性点引出线y—副边星形接线(小写)；n—副边带中性点引出线d—副边△形接线；12,11—为接线组别，用于表示副边电压与其对应的原边电压之间的相位关系。(一)、基础知识三相牵引变压器三相交流电量波形与相量关系三相牵引变压器

(二)、

三相牵引变压器次边输出电压关系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。三相牵引变压器牵引变电所采用其中的YN/d11结线，原边电压为110kV或220kV，副边电压为27.5kV。

(二)、

三相牵引变压器次边输出电压关系次边输出电压关系：供应牵引网两臂负荷的电压Uac和Ubc相差60°，即也是60°接线。这种接线的一大优点就是接触网两不同相供电臂间的电压差仍为单倍供电臂电压。如为120°时，则二者之差为√3倍，不利于接触网的安全运行。三相牵引变压器(三)、三相牵引变压器次边输出电流关系两供电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、ac(又称臂绕组)的电流大小相等，而非接地绕组ab(又称自由相绕组)的电流较小，只是臂绕组电流的0.378倍。故习惯将ab绕组称为轻负荷绕组，ac和bc称为重负荷绕组。

(2)馈线负荷电流为臂绕组电流的1.13倍，不同于一般三相对称系统中的线电流是相电流的√3倍。三相牵引变压器

(四)、

三相牵引变压器容量利用率三相牵引变压器三角侧输出两个单相负荷，设额定输出电压为UN,额定电流为IN,则额定输出容量为：考虑温度系数kt=0.9时，供电臂的电流增加1/kt=1.111倍，相应变压器容量利用率可达到1.111×0.756=0.84三相牵引变压器(五)、三相牵引变压器优点(1)变压器原边采用YN结线，中性点引出接地方式与高压电网相适应。(2)变压器结构相对简单，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。三相牵引变压器(五)、三相牵引变压器缺点

(1)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75.6％，引入温度系数后，也只能达到84％。使得这种变压器的运行成本大大增加。

(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。三相牵引变压器

(五)、

三相不等容量牵引变压器由于三相牵引变压器存在轻负荷相问题，等容量牵引变压器三相绕组均按100%额定容量设置，实际上轻负荷相绕组还用不到其额定容量的40%。利用这个特点，将三相等容量牵引变压器的两个重负荷相绕组按100%额定容量设置，而轻负荷相绕组则按额定容量的40%设置，同样即可满足原改型前等容量变压器的容量要求，但却只是原容量的(2×100%+40%)／3×100%=80%。其容量利用率可提高至94.5%。三相牵引变压器高铁牵引供电系统运行与管理项目三：牵引供电系统负序影响与改善任务2：改善负序影响的主要措施知识点：斯科特变压器23斯科特变压器【斯科特变压器概述】斯科特(scott)结线变压器是一种三相-两相平衡变压器。采用斯科特(scott)结线变压器是牵引供电系统改善对电力系统负序影响的措施之一。这种变压器先后在(北)京-秦(皇岛)，郑(州)-武(昌)等繁忙干线上采用。看作两个单相变压器组成。一台变压器的原绕组为W1接三相电源BC相上，称为M座变压器，另一台变压器的原绕组√3/2W1的一端引出，接到电源的A相，另一端接到M座变压器的中点O，称为T座变压器；两座变压器的副绕组匝数相等，即图中的两个W2。【斯科特变压器结线及结构】斯科特变压器结论：斯科特结线变压器可以把三相对称电压变换成两相对称电压，所谓两相对称是指数值相等，相位相差90°。【斯科特变压器两电压关系】斯科特变压器【斯科特变压器电流关系】结论：当两臂负荷电流相等时，原边三相电流对称。斯科特变压器【斯科特变压器容量利用率】斯科特变压器当M座和T座两供电臂电流相等，且功率因数相同时，原边三相电流对称。变压器容量利用率高。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由电。

【斯科特变压器主要优点】斯科特变压器制造难度大，绕组需按全绝缘设计(按线电压考虑)，变压器造价较高。主接线复杂，设备较多，日常的维护、检修工作量及费用都相应增加。中性点难以引出，不能与系统中性点接地运行方式相配合，且无三角形绕组回路，电压波形较差。两馈线之间的电压为√2*27.5KV，即分相绝缘器两端的电压较高，故应适当加强其绝缘。

【斯科特变压器主要缺点】斯科特变压器原边接点O的电位随负载变化而产生飘移。严重时有零序电流流经电力网。零序电流不仅可能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点飘移还会引起各相绕组的电压不平衡，加重绕组的绝缘负担，为此，该结线的变压器也应采取加强其绝缘措施。适用于中性点不要求接地，运输较繁忙，两供电臂负荷电流接近相等牵引变电所。在京秦线、郑武线等采用。【斯科特变压器主要缺点】斯科特变压器高铁牵引供电系统运行与管理项目三：牵引供电系统负序影响与改善任务2：改善负序影响的主要措施知识点：阻抗匹配平衡变压器32阻抗匹配平衡变压器【阻抗平衡变压器概述】这种新型变压器是在传统YN/d结线的基础上，通过阻抗匹配或增设补偿绕组的办法实现变压器副边两相对称，原边三相对称。既克服了一般三相牵引变压器会在电力系统产生很大负序电流，容量利用率低的缺点，又解决了斯科特结线变压器无中性接地点，不能与系统中性接地运行方式相配合的问题。已在我国的重要铁路干线广泛应用。W1、W2与普通三相YN，d11变压器接线完全相同，铁心也是三相心式结构。且C端子与钢轨和接地网连接。不同是：(1)非接地相ab的阻抗增加λ倍，即Zab=λZbc=λZca，λ称为阻抗匹配系数，其值为+1；(2)非接地的两端增加了两个对称的外移绕组aα和bβ，其绕组匝数W3为内三角形每相绕组匝数的(－1)/2倍，【平衡变压器结线及结构】阻抗匹配平衡变压器变电所两供电臂电压Uac和Uβc大小相等，相位相关90°，原边与副边电压之比为Ku＝U1N/U2N=110/27.5=4【阻抗平衡变压器电压关系】阻抗匹配平衡变压器当副边两臂电流相等时，原边三相电流对称。即当Ia＝Iβ＝I时，原边电流IA、IB、IC对称。【阻抗平衡变压器电流关系】阻抗匹配平衡变压器1．原边容量设两臂负荷电流Iα=Iβ=I2N，则可证明:2．输出容量变压器容量利用率接近100％。【阻抗平衡变压器容量利用率】阻抗匹配平衡变压器通过阻抗匹配或增设补偿绕组的方法实现变压器副边两相对称(副边输出的两相电压大小相等，相位相差90°)，当两馈线电流相等时牵引变压器原边三相电流相等。适用于中性点不要求接地，运输较繁忙，两供电臂负荷电流接近相等牵引变电所。既克服了一般