高速鐵路V/X結(jié)線牽引變壓器的研究與應用

陳炯峰

（南寧鐵路局柳南電化建指，工程師，廣西 南寧 530003）

隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，人民生活水平的提高，高速鐵路的發(fā)展在我國已成為一種趨勢。以京津高鐵為起點，隨著武廣、京滬高鐵的開通，高鐵發(fā)展已進入建設高峰期。高速鐵路速度高、運量大、行車密度大的特點，使得供電系統(tǒng)輸送的功率大，對牽引供電系統(tǒng)的要求也隨之增加。因此，對高速鐵路的牽引供電方式和牽引變壓器結(jié)線方式進行分析研究，對于高速電氣化鐵路的發(fā)展有著重要的意義。

1 牽引供電及牽引變壓器結(jié)線的方式

高速鐵路要求接觸網(wǎng)受流質(zhì)量高，分段和分相點數(shù)量少。目前各國大多采用自耦變壓器（AT）供電方式和帶回線的直接（RT）供電方式。AT供電方式通過在牽引網(wǎng)中增設正饋線和自耦變壓器，將牽引供電電壓提高一倍，從而使得牽引網(wǎng)的載流能力大大增加，同時減少對通信線路干擾〔1〕。

單相（三相）V/V結(jié)線是牽引變電所主要結(jié)線方式之一，原理如圖1和圖2所示。V/V結(jié)線牽引變壓器具有結(jié)線簡單、制造容易、兩側(cè)容量可按需要進行不同的配置及容量利用率高等特點。

圖1 單相Vv聯(lián)結(jié)牽引變壓器的原理電路圖

圖2 三相Vv聯(lián)結(jié)牽引變壓器原理電路圖

斯科特（Scott）牽引變壓器實際上是由2臺單相變壓器按規(guī)定連接而成（其原理見圖3所示），是AT供電方式下牽引變壓器的選擇之一。其優(yōu)點是兩供電臂負荷電流大小相等、功率因數(shù)也相等時，斯科特結(jié)線變壓器一次側(cè)三相電流對稱；變壓器容量可全部利用。缺點是斯科特結(jié)線牽引變壓器制造難度較大，絕緣水平需采用全絕緣，工程造價高；牽引變電所主接線復雜，設備較多，工程投資大。在AT供電方式下55 k側(cè)出口需配備自耦變壓器，從而使變電所占地面積增大。

圖3 斯科特聯(lián)結(jié)牽引變壓器原理圖

2 V/X結(jié)線牽引變壓器的原理

V/X結(jié)線是V/V結(jié)線的特殊形式，V/X結(jié)線牽引變壓器其實由2臺單相雙分裂變壓器組成，主要通過結(jié)線將三相供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為四相供電系統(tǒng)，其原理如圖4所示。其一次繞組接成固定的V聯(lián)結(jié)，高壓側(cè)A、C、B三相接入三相電力系統(tǒng)的三相，2個二次繞組形成X聯(lián)結(jié)，牽引繞組T1、T2分別接入接觸網(wǎng)正饋繞組F1、F2與正饋線連接，其中性點N按綜合接地端子箱（即與軌道、地網(wǎng)相連接），高壓繞組AB對應T1、F1繞組組成的低壓繞組1，高壓繞組CB對應T2、F2繞組組成的低壓繞組2。

圖4 V/X結(jié)線牽引變壓器原理圖

在AT供電運行方式中，低阻抗是V/X結(jié)線牽引變壓器主要的特點之一。針對AT供電對阻抗的要求，變壓器繞組為交錯式繞組，通過交叉線圈以使漏磁相互抵消，實現(xiàn)了低阻抗及牽引繞組T和回饋繞組F阻抗的對稱性。

3 V/X變壓器應用優(yōu)點

目前，國內(nèi)電氣化鐵路AT供電方式下的牽引變壓器主要為斯科特變壓器。此種變壓器提供的二次側(cè)電壓為27.5 kV，不能直接滿足AT供電系統(tǒng)的要求，因此在斯科特變壓器的二次出口處必須配備1臺2×27.5 kV的自耦變壓器來滿足其特殊的供電方式。

V/X牽引變壓器通過結(jié)線可以將三相供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為四相供電系統(tǒng)，滿足三相電源輸入兩相輸出的供電條件，提高了容量利用率，能一次有效地解決斯科特變壓器不能直接滿足AT供電要求的難題，同時也替代了斯科特變壓器和自耦變壓器的配合使用，簡化了AT供電系統(tǒng)中牽引變電所的配置。V/X牽引變壓器使用簡單、維護方便，實現(xiàn)了單相牽引供電，同時也滿足AT運行方式對阻抗值的嚴格要求；另一方面，我國許多新建鐵路穿越在高山、丘陵地帶，上、下行線負荷不同，兩供電臂不等容牽引變壓器的需求將會不斷增加，而V/X結(jié)線牽引變壓器可方便地實現(xiàn)兩臂不等容；由于地理條件的限制，牽引供電區(qū)間距離和現(xiàn)場條件對牽引變壓器的末端電壓和安裝提出了更高的要求，低阻抗（保證供電臂末端電壓不影響電力機車運行）的性能特點和免吊芯（縮短安裝時間，杜絕變壓器器身受潮）的特點，符合高速鐵路的發(fā)展和運行。

將三相V/X結(jié)線牽引變壓器應用于自耦變壓器（AT）供電方式牽引變電所，具有明顯優(yōu)勢，比斯科特結(jié)線變壓器省2臺自耦變壓器；遠比采用Y，d11結(jié)線變壓器或平衡變壓器投資低、結(jié)線簡單、維護方便。因此，我國高速鐵路在AT供電方式下開始更多的采用V/X結(jié)線牽引變壓器〔2〕。

4 V/X牽引變壓器的應用舉例

廣西沿海高速鐵路是北部灣地區(qū)主要鐵路運輸通道，也是廣西及西南地區(qū)重要的出海通道，其主要由南欽、欽防、欽北高速鐵路組成，速度值250 km/h。新建220 kv大塘、欽州東、合浦、茅嶺AT牽引變電所給廣西沿海高速鐵路供電，其中團里分區(qū)所至三岸分區(qū)所段由220 kv五象南AT牽引變電所供電。

上述AT牽引變電所的牽引變壓器均采用三相V/X結(jié)線牽引變壓器，牽引變壓器的主要技術規(guī)格及性能見表1。

表1 牽引變壓器的主要技術規(guī)格及性能

三相V/X結(jié)線牽引變壓器有2種形式，一種是由單臺三相-兩相變壓器組成的連體式，變壓器繞組置于同一油箱中；另一種是由2臺獨立的單相變壓器組成的組合式，通過外部的特殊連接形成。廣西沿海高速鐵路牽引變壓器采用的是后者，油浸、自冷式變壓器，預留風冷條件，聯(lián)結(jié)方式為Ii0+Ii6。

目前，廣西沿海高速鐵路的南欽、欽防段普速已開通，220 kv大塘、茅嶺AT牽引變電所已投入使用，牽引變壓器運行狀態(tài)良好。

5 結(jié)束語

基于變壓器的安裝容量和節(jié)能、牽引變電所的投資和占地面積等方面的考慮，V/X牽引變壓器在高速鐵路的使用越來越多，進一步研究AT供電方式、V/X牽引變壓器下的負序電流、變壓器保護、機車過電分相等問題，對于高速電氣化鐵路的發(fā)展有著重要的意義。

〔1〕辛成山，27.5 kV供電的AT供電系統(tǒng)性能分析〔J〕.電氣化鐵道，2002年第2期：1-3頁

〔2〕楊振龍，V_X接線牽引變壓器的研究和應用〔J〕.電氣化鐵道，2004年第4期：12-15頁