牵引供电系统节能降耗-选择容量利用率高的牵引变压器（高铁牵引供电系统）

项目六：牵引供电系统节能降耗01选择容量利用率高的牵引变压器知识点2：变压器容量利用率问题1：什么是变压器容量利用率？变压器容量利用率变压器的容量利用率是指变压器的额定输出容量与额定容量之比。【变压器容量利用率的定义】变压器容量利用率问题2：变压器容量利用率与成本的关系？变压器容量利用率变压器容量利用率改变绕组的接线方式能提高容量的利用率，变压器的容量利用率成为选用变压器的结线形式时必须考虑的一项非常重要的技术参数。额定输出容量不变时，容量利用率低的变压器就需要更大的额定容量才能满足牵引负荷的要求，基本电费支出将大大增加。变压器容量利用率假设选用三相V,v接线牵引变压器所需容量为31.5MV·A，如果改用三相YN,d等容量的牵引变压器，由于其容量利用率只有75.3%，则要达到与三相V,v接线变压器相同的输出容量需要安装容量为41.8MV·A。如果引入温度系数，按容量利用率84%考虑则需要安装容量37.5MV·A。根据牵引变压器额定容量优先数为R10系列的原则，需要选择容量为40MV·A的牵引变压器才能满足负荷要求。为此，每月所增加的基本电费支出如何？【变压器容量利用率的实例分析】变压器容量利用率问题3：什么是R10系列？变压器额定容量：一般分10个等级，即10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，75(MV·A)等。上述容量等级是按R10标准系列设计，即按

(1.2589)的倍数增加。变压器容量利用率选用31.5MV·A三相V,v接线牵引变压器其基本电费支出为：每月基本电费=31.5×1000×20=630000元=63万元/月每年基本电费=63万元/月×12月=756万元【方案一：选用三相V,v接线牵引变压器】变压器容量利用率选用40MV·A三相YN,d等容量的牵引变压器其基本电费支出为：每月基本电费=40×1000×20=800000元=80万元/月每年基本电费=80万元/月×12月=960万元【方案二：三相YN,d等容量的牵引变压器】变压器容量利用率由此可知，选用一台31.5MV·A三相V,v接线牵引变压器同样能够满足一台40MV·A三相YN,d等容量的牵引变压器的供电要求，但其一年将节约基本电费支出达204万元。以全国电气化铁路牵引变压器的安装容量来计算，现我国已超过90000公里电气化铁路，按平均60公里一个牵引变电所进行初步估算，全国现有牵引变电所将超过1500个所，则其节约的成本数额将以数十亿元计。【两种方案比较结果】变压器容量利用率项目六：牵引供电系统节能降耗01选择容量利用率高的牵引变压器知识点4：纯单相接线变压器纯单相接线变压器高压绕组跨接于电力系统中的两相；低压绕组一端连接牵引侧母线，上引到供电臂，另一端连接轨道及接地网。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。【连接形式】【供电方式】

在AT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55kV的牵引母线上。二次侧绕组中间抽头通过N母线上接到轨道上，并通过放电器接地。纯单相接线变压器【不对称度】不对称度：是指通过序电流来度量多相负荷平衡状态的指标。不对称度的公式：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，式中，纯单相接线变压器【不对称度】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数相等，则：

因此,单相接线变压器的电流不对称度为：纯单相接线变压器【容量利用率】容量利用率：衡量变电所运行的重要经济指标。容量利用率的公式：单相接线牵引变压器的容量利用率为：纯单相接线变压器【纯单相接线变压器的优点】1.主接线简单2.设备少3.占地面积小4.投资少纯单相接线变压器5.容量利用率100%【纯单相接线变压器的缺点】1.它不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电。2.牵引负荷产生较大的负序电流，对电力系统造成影响3.接触线的供电也不能实现双边供电。4.变电所无三相电源，变电所的所用电需由附近地方电网引入。纯单相接线变压器项目六牵引供电系统节能降耗01选择容量利用率高的牵引变压器知识点5：单相V/v接线变压器在单相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V字。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V字。单相V/v接线变压器基本原理

不对称度计算电流不对称度为

显然，不对称度的范围：当Iab、Ibc达到额定值Ie时，有Iab=Ibc=Ie，则额定输出容量：S=IabUe+IbcUe=2UeIe额定容量：S=2UeIe因此，额定利用率K=100%额定利用率相量图单相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。换相连接换相连接可实现双边供电，并能够提供所用电源容量利用率可达到100%变电所内设备简单，投资小单相V/v接线变压器优点在正常工作时，两台变压器均投入运行为了保证可靠性，只能采用移动备用的方式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单相V/v接线变压器缺点项目六：牵引供电系统节能降耗01选择容量利用率高的牵引变压器案例：基本电费的计算分析案例：基本电费的计算分析某牵引变电所1995年投运时采用的是YN/d11结线牵引变压器，容量为25000kV·A，运行至1998年时因过负荷频繁，将该牵引变压器更换为相同结线型式容量为31500kV·A的变压器，至2006年又因容量不够而更换为容量32000kV·A的三相V/V结线变压器。【问题情境】年份牵引变压器结线形式牵引变压器容量(kV·A)1995YN/d1125000kV·A1998YN/d1131500kV·A2006三相V/v32000kV·A

【问题1】1.

2006年扩容时，更换的变压器容量为32000kV·A，与1998年的安装容量31500kV·A基本相同，这是为什么？案例：基本电费的计算分析案例：基本电费的计算分析【问题分析】年份牵引变压器结线形式牵引变压器容量(kV·A)容量利用率实际输出容量(kV·A)1995YN/d1125000kV·A75.6%189001998YN/d1131500kV·A75.6%238142006三相V/v32000kV·A100%32000虽然两台牵引变压器的额定容量相差不大，但因其结线方式不同，变压器容量利用率不同，二者实际的额定输出容量相差很大。

【问题2】2.按额定输出容量为32000kV·A计算，如果同样更换为YN/d11结线的牵引变压器，需要多大的额定容量？一年要增加多少运行成本？案例：基本电费的计算分析案例：基本电费的计算分析【问题分析】如果同样更换为YN/d11结线的牵引变压器，则需要的额定容量=32000/75.6%=42328kV·A考虑温度系数，则所需要的额定容量=32000/84%=38095kV·A，根据变压器的容量规格宜选40000kV·A。

【问题3】3.如果该32000kV·A的三相V/V结线变压器更换总价为210万元/台，则需多长时间才能用节省的成本收回投资？案例：基本电费的计算分析案例：基本电费的计算分析【问题分析】一年需要增加的运行成本(基本电费支出)=(40000-32000)×20元/月×12月=1920000元=192万元。反过来，采用三相V/V结线变压器，一年可节省运行成本192万元。210万元/台×2台÷192万元=2.19年项目六牵引供电系统节能降耗01选择容量利用率高的牵引变压器知识点1：电费与基本电费基本电费电度电费基本电费功率因数调整电费根据《供电营业规则》的有关规定，对实行两部电价收费的用户，每月电费是由电度电费、基本电费和功率因数调整电费三部分之和构成。基本电费基本电费也叫固定电费或准备费。供电企业必须经常为客户准备着一定的发供电设备，不论客户用电量多少或用电与否，都必须时刻为满足客户的用电需要而支付一定的容量成本。按容量计算就是以客户接入电网的能同时使用的专用变压器(含不通过变压器的高压电动机)的总容量乘以费率来计算以客户当期每15分钟的平均最大用电负荷的最大者乘以费率来计算，每15分钟记录一个最大平均负荷，每个月取这些记录中最大的一个负荷来计费，如最大需量低于变压器容量总和的40%时，则按容量总和的40%计算基本电费基本电费可按变压器容量计算，也可按最大需量计算。问题1：基本电费常用计费方式？按变压器容量计算简单易行，目前铁路牵引用电多数是按变压器额定容量计收基本电费。基本电费基本电费=80万kV·A×20元/kV·A=1600万元一年缴纳基本电费1600万元/月×12月=19200万元基本电费某铁路供电段共有牵引变电所25座，总的牵引变压器安装容量(注：备用变压器容量不计费，因此安装容量也指运行容量)为80万kV·A。该段支付多少基本电费？基本电费基本电费通常是按月收的，但在有些情况下是按天计收的。《供电营业规则》第八十四条规定：“基本电费以月计算，但新装、增容、变更与终止用电当月的基本电费，可按实用天数(日用电不足24小时的，按一天计算)，每日按全月基本电费的三十分之一计算。事故停电、检修停电、计划限电不扣减基本电费。”项目六牵引供电系统节能降耗01选择容量利用率高的牵引变压器知识点3：接线组别绕组标记绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组AXA、B、CX、Y、ZN低压绕组axa、b、cx、y、zn联结法绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低压绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n绕组标记（2）联结法①星形联结把三相绕组的三个末端连在一起，而把它们的首端引出三个末端连接在一起形成中性点，如果将中性点引出，就形成了三相四线制了，表示为YN或yn。顺时针方向：A超前B超前C各120º两种三相绕组接线把一相的末端和另一相的首端连接起来，顺序连接成一闭合电路。两种接法：AX-BY-CZAX-CZ-BY两种三相绕组接线②三角形联结①Y，y或YN，y或Y，yn②Y，d或YN，d③D，y或D，yn④D，d高压绕组接法大写，低压绕组接法小写，字母N、n是星形接法的中点引出标志。绕组接法表示变压器的同一相高、低压绕组都是绕在同一铁芯柱上，并被同一主磁通链绕，当主磁通交变时，在高、低压绕组中感应的电势之间存在一定的极性关系。1.高低压绕组中电势的相位同名端决于绕组的绕制方向联结组在任一瞬间，高压绕组的某一端的电位为正时，低压绕组也有一端的电位为正，这两个绕组间同极性的一端称为同名端，记作“·”。联结组I,I表示初级、次级都是单相绕组，0和6表示联结组号。单相变压器的标准连接组I,I0举例单相变压器联结组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（电压）的相位差总是30º的整数倍。三相变压器的连接组别①根据三相变压器绕组联结方式（Y或y、D或d）画出高、低压绕组接线图；②在接线图上标出相电势和线电势的假定正方向；③画出高压绕组电势相量图，根据单相变压器判断同一相的相电势方法，将A、a重合，再画出低压绕组的电势相量图（画相量图时应注意三相量按顺相序画）；④根据高、低压绕组线电势相位差，确定联结组别的标号。三相变压器的连接组别CBACBAX、Y、Zabcx、y、zÉABÉabYy0Yy联结的三相变压器，共有Yy0、Yy4、Yy8、Yy6、Yy10、Yy2六种联结组别，标号为偶数。若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Yy4、Yy8连接组别。若异名端在对应端，可得到Yy6、Yy10和Yy2连接组别。※我国标准规定生产：Yyn0、YNy0、Yy0Yy总结330ºACBcxbzayÈabX、Y、ZYd11Yd联结的三相变压器，共有Yd1、Yd5、Yd9、Yd7、Yd11、Yd3六种联结组别，标号为奇数。若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d3、Y,d7连接组别。若异名端在对应端，可得到Y，d5、Y,d9和Y,d11连接组别。※我国标准规定生产：Yd11、YNd11Yd联结组别总结绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组的首、末端标志无关；高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电动势由A指向B；同一铁心柱上的绕组，首端为同极性时相电动势相位相同，首端为异极性时相电动势相位相反。用相量图判定变压器的连接组别时应注意为了避免制造和使用上的混乱，国家标准规定对单相双绕组电力变压器只有II0联结组别一种。对三相双绕组电力变压器规定只有Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0五种。标准联结组别Yyn0——三相四线制配电系统中，供电给动力和照明的混合负载；Yd11——低压高于0.4kV的线路中；YNd11——110kV以上的中性点需接地的高压线路中；YNy0——原边需接地的系统中；Yy0——供电给三相动力负载的线路中。最常用标准组别的应用项目六：牵引供电系统节能降耗01选择容量利用率高的牵引变压器知识点6：三相V/v接线变压器三相V/v接线变压器【接线形式】图1三相V/v接线变压器的接线形式三相V/v接线牵引变压器的接线形式为将两台V，V结线的单相变压器安装在同一油箱内，所以可视为单相变压器结线。相三相V/v接线牵引变压器接线方式类同单相V/v接线，将两台单相变压器放到同一油箱内。将一个高压绕组的X1端和另一个高压绕组的A2端连接在一起，构成公共端，另两端A1和X2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。【接线特点】三相V/v接线变压器【换相连接】三相V/v接线变压器的不平衡度同单相V/v接线变压器是一样的，因而需要通过换相解决该问题，如下图所示。

三相V/v接线变压器的换相连接三相V/v接线变压器【三相V/v接线变压器的优点】保持了单相V/v接线牵引变电所的优点，克服了其缺点。解决了单相V/v接线牵引变电所不便于采用固定备用及自动投入的问题。同时2台变压器的容量可以相等也可以不等；副边电压可以相等也可以不相等，提高了供电的灵活性。

三相V/v接线变压器铭牌三相V/v接线变压器【三相V/v接线牵引变电所实景】三相V/v接线变压器项目六牵引供电系统节能降耗01选择容量利用率高的牵引变压器知识点7：三相Y/d接线变压器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110KV(220KV)，副边电压27.5KV。三相牵引变压器以YN/d11为例：Y—原边星形接线(大写)；N—原边带中性点引出线d—副边△形接线；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。三相牵引变压器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。三相牵引变压器次边输出电压关系Ubc①两接地相绕组bc、ac(