高铁牵引变压器接线方式探讨.doc

高铁牵引变压器接线方式探讨
韩保全
郑州铁路局郑州供电段 河南 郑州 450005
摘要：分析高铁牵引变压器进线电压改变后，牵引变压器的接线方式发生了改变，新的变压器接线方式命名为“W/X”接线
关键词： 高铁 变压器 W/X接线
目前，我国高速铁路发展已经引领世界铁路发展的潮流，很多技术占居世界先进之列。特别是牵引供电方面，国产技术几乎为100%。不论是供电方式还是接触网设备标准都已经突破国际标准；我们就牵引主变压器接线方式作一探讨。
一、牵引变压器在铁路运输中的重要性
我们知道，牵引变电所是铁路运输的心脏，高速电气列车速度高，高峰时段密度大。空气阻力随速度呈几何级数增长，列车牵引力主要克服空气阻力运行，牵引负荷很大。350KM/H速度时，列车运行所需功率最高达到24000KW。
2000年7月1日发布的“铁道部令第3号《铁路行车事故处理规则》”中明确规定，牵引变电所设备故障即构成一般B7类事故。GB/T12325-2008《供电电压偏差》基本条款；35KV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%。如供电电压上下偏差同号时，按较大的偏差绝对值为衡量依据。220V单相用户的供电电压允许偏差为标称电压的+7%、-10%。 要保证供电电压偏差满足国家标准要求，可以通过以下两条途径：
（1）电网中传输的无功功率尽可能小；
（2）负荷端口的系统三相短路容量尽可能地大。
由此可见，维持良好的供电电压水平，取决于供电部门和电力用户双方的共同努力。
我国边远地区电气化铁路目前面临的问题是电网短路容量偏小，供电能力较弱。电网短路容量偏小意味着系统发电容量偏小或电源距负荷中心偏远。国外专家通常认为，电网公共连接点短路容量不足用户容量的30倍时，可以视其为小电网，小电网常见的电能质量问题之一就是供电电压偏差较大。
二、变压器接线方式要满足那些条件：
1.特殊接线实现三相—单相对称补偿系统有两个目的： 一是寻求无功、负序完备补偿的最简方式和最小容量。二是能与单相接线牵引变压器相配合，实现同相供电，以期尽可能利用电力系统承受负序的能力，简化整个供电系统。
2.实现三相—单相对称补偿的特殊接线方式主要有不等边SCOTT接线、不等边YNVD接线、不等边V/V接线和YN2D接线等。
3.常用的接线方式有如下几种：
（1） 单相V/V接线 （2） 三相V/V接线

（图-----1） （图-----2）
（3）SCOTT接线变压器
SCOTT接线变压器底（M）座绕组原边接入电力系统AB相（线电压），高（T）座绕组原边一端接底绕组的中点D，另一端接入C相。

（图-----3）
底座绕组的变比 高座绕组的变比

（图-----4）

（图-----5）
由上图可见，在两个供电分区负荷电流大小相等、功率因数相同条件下，斯科特牵引变压器原边三相电流完全对称。实际运行中假设条件不会总是完全满足，所以原边三相电流也不完全对称。
三、目前高铁运行中牵引变压器的特点：
1.法国模式：法国对变压器制造要求高。为适应法国模式的轨道接线要求，牵引变压器需引出中间抽头，且次边上绕组需做特殊设计，提高容量。一般变压器均设有中间抽头，采用单相接线时需采取VX接线方式；平衡变压器的中间抽头为满足阻抗匹配关系，设计制造难度大；YND11变压器需两个变压器，去构造十字交叉接线方式等，总之法国模式对牵引变压器需做特殊设计，变压器利用率不高。
2.中国模式的优点；
（1）牵引变压器二次侧输出55KV单相电压，牵引变压器出口不设自耦变压器，大大减少投资；
（2）无需布置牵引变电所出口的轨回流，而由AT接地解决 。邻近牵引变电所的轨道末端不接入变电所，轨道另一端与第一个自耦变电所中点连接。该模式电流基于AT变比分配，不受接触网、轨道等阻抗影响。
（3）牵引变压器不需中间抽头，很大程度减少牵引变压器的制造难度，同时，省去了牵引变电所的轨回流线布置。
（4）牵引变压器二次侧不需要像法国模式那样增加绕组容量，能够提高牵引变压器容量利用率。
（5）馈线断路器容量需求小，T线F线电流总相等，牵引母线容易选型。
（6）首个AT段不需设置接触网加强线。
四、V/X牵引变压器的接线
1.V/X接线 （1）接线简单，可取消馈线AT，对于低压母线侧的载流能
力要求较高;
（2）取消馈线AT后，变压器低压两绕组容量不等;
（3）原边无接地中性点，绕组间为全绝缘，次边可提供三相动力电源;
（4）容量利用率高，安装容量小;
（5）对电力系统负序影响同十字交叉接线相当;
（6）如保留馈线AT，则可降低低压母线侧的载流能力要求，同
（图-----6） 时变压器低压两绕组容量相同，但变电所接线较为复杂 。

（图-----7）
五、新高铁“V/X”接线应命名为（W/X）
随着高速铁路的发展，特别是和谐3型动车组的开行，电气列车的启动电流最大可达9600A，以往的110KV进线V/X接线方式的变压器已经无法满足满足电气列车的运行要求，设计院和制造商就生产了220KV进线改良型的“V/X”接线变压器，（如图---8）所示，它实际上是由两台单相/两相的变压器取代过去的V/V接线，它的功能更好的满足了高速铁路的运行要求，短时大电流运行对220KV电网冲击更弱，谐波产生符合国家规定，功率因数达到0.95以上，是目前高速铁路运输时牵引变压器接线方式中运行效果最好的，如图---8所示。
时输95接线院的式00

（图-----8） （图-----9）
由此可见：高压侧UA=UB=UC 实现三相平衡；低压侧｜UT1｜=｜UF1｜=｜UT2｜=｜UF2｜，方向相反，正好实现平衡；既满足电气列车的运行需要，也满足电力系统的负载平衡要求。在接线方式与以前的V/X接线方式还是有一定差别的。石武高铁牵引变电所变压器主接线方式为图----8形式所示，220KV高压进线A相与低压左边T座、F座构成一台变压器，220KV高压进线C相与低压右边T座、F座构成另一台变压器，两台变压器共用B相公共相。一般编号为1#B1和1#B2，同理：另一条进线构成2#B1和2#B2；每一台变压器接线向量图为图----9，只是一次电压向量编号改变，其二次电压向量方向、大小都不变。
所以，建议过去常说的V/X接线实际应该为W/X接线更加形象贴切和准确。
参考文献：
[1]《中国铁道百科全书》中国铁道出版社2006年
[2]《电机检修工》技能鉴定辅导丛书 中国铁道出版社2010年
[3]《接触网工》岗位培训教材 中国铁道出版社 2011年
[4]《高速铁路设计标准》 中国铁道出版社 2010年
[5] 西南交通大学电气工程学院编《AT供电技术》讲义2009年
[6] 北京交通大学吴俊勇《高速铁路牵引供电系统概论》讲义2010年
[7] 铁道部张继元《高速铁路牵引供电系统》讲义2010年
[8] 郑西、武广、石武高铁牵引变压器设计说明书

作者简介：韩保全（1961-）男，河南林州人，郑州铁路局郑州供电段工程师，国家高级企业培训师、高级技能鉴定员，参编了《接触网工》国家职业标准、《接触网工》培训规范、主编了《接触网工岗位培训教材》、《接触网工技能鉴定指导丛书》和《电机检修工》技能鉴定辅导丛书。