電氣化鐵路新型平衡變壓器電氣特性研究

汪科

摘 要 面對(duì)電氣化鐵路中出現(xiàn)的零序電流和負(fù)序電流問(wèn)題，只有改進(jìn)目前的變壓器，實(shí)現(xiàn)變壓器的技術(shù)含量提升才有可能解決這個(gè)問(wèn)題。目前我國(guó)電氣化鐵路的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)全新的時(shí)代，其中很大程度上與我國(guó)技術(shù)的改進(jìn)、技術(shù)的創(chuàng)新有關(guān)聯(lián)。而電氣化鐵路新型平衡變壓器就屬于其中的一種。本文重點(diǎn)分析電氣化鐵路新型平衡變壓器的電氣特性，從鐵芯繞組結(jié)構(gòu)、組間平衡條件、短路阻抗關(guān)系、解耦條件和變換關(guān)系5個(gè)方面進(jìn)行分析，從而更加全面、客觀(guān)地了解電氣化鐵路新型平衡變壓器的電氣特性。

關(guān)鍵詞 電氣化鐵路；新型平衡變壓器；電氣特性

中圖分類(lèi)號(hào) U2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）12-0041-01

我國(guó)非常重視電氣化鐵路的發(fā)展，電氣化鐵路具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和牽引功率大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)提高我國(guó)鐵路運(yùn)輸能力、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展有著積極意義。我國(guó)之前的電氣化鐵路由于受到技術(shù)等因素的影響，在供電方式上主要是采用單相交流供電，這種方式存在一定的弊端，在一定程度上抑制了我國(guó)電氣化鐵路的發(fā)展，甚至可以認(rèn)為會(huì)在一定程度上對(duì)供電系統(tǒng)帶來(lái)不好的影響。為了能夠解決這些問(wèn)題，一種新型的平衡變壓器被研究出來(lái)，此次研究的重點(diǎn)是對(duì)其電氣特性進(jìn)行

分析。

1 電氣化鐵路新型平衡變壓器電氣特性分析

1.1 電氣化鐵路新型平衡變壓器鐵芯繞組結(jié)構(gòu)

關(guān)于新型平衡變壓器其鐵芯繞組結(jié)構(gòu)的選擇上，目前有多種形式，而考慮到電氣化鐵路的要求與特征，最后確定為兩種結(jié)構(gòu)，一種為柱式，另一種為殼式鐵芯繞組結(jié)構(gòu)。柱式鐵芯繞組結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。殼式鐵芯繞組結(jié)構(gòu)中A相和C相的3個(gè)繞組是對(duì)稱(chēng)布置在鐵芯兩邊的窗口。綜合各個(gè)方面的因素考慮，同時(shí)結(jié)合兩種不同鐵芯繞組結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣勢(shì)，可以考慮采用柱式鐵芯繞組結(jié)構(gòu)。

1.2 電氣化鐵路新型平衡變壓器繞組間平衡條件

在以往的平衡變壓器中，其一個(gè)明顯的特性就是在牽引側(cè)帶變化負(fù)載時(shí)，平衡變壓器牽引運(yùn)行時(shí)一次測(cè)電流無(wú)零序分量，但是會(huì)存在負(fù)序分量。通過(guò)計(jì)算可以了解到新型平衡變壓器一次側(cè)的電流矩陣，同時(shí)考慮到平衡變壓器牽引側(cè)負(fù)載變化，一次側(cè)電流無(wú)零序分量，通過(guò)計(jì)算能夠得到平衡條件。

1.3 電氣化鐵路新型平衡變壓器短路阻抗關(guān)系

新型平衡變壓器是用繞組之間的短路阻抗關(guān)系作為匹配條件的[2]，假設(shè)新型平衡變壓器繞組之間存在的短路阻抗關(guān)系能夠滿(mǎn)足平衡條件，則新型平衡變壓器一次側(cè)電流無(wú)零序分量。

1.4 電氣化鐵路新型平衡變壓器電氣解耦條件與變換關(guān)系

分析平衡變壓器的特性，其中最明顯的一個(gè)特征就是兩者之間不會(huì)受到干擾，這在很大程度上確保了整個(gè)線(xiàn)路的運(yùn)行，這是新型平衡變壓器與傳統(tǒng)平衡變壓器之間一個(gè)非常大的不同，正是因?yàn)檫@個(gè)特征即使一側(cè)出現(xiàn)變化另一側(cè)也完全不會(huì)受到影響或者干擾，滿(mǎn)足兩相解耦的條件。從側(cè)面也可以發(fā)現(xiàn)新型平衡變壓器具有非常明顯的自然解耦特點(diǎn)，則使得新型平衡變壓器在實(shí)際工作中的應(yīng)用范圍可能更加廣泛。

關(guān)于新型平衡變壓器平衡變換關(guān)系，其中包括兩相—三相變換關(guān)系，三相—兩相變換關(guān)系。通過(guò)上述的研究發(fā)現(xiàn)新型平衡變壓器采用的是星形接地結(jié)構(gòu)，牽引側(cè)采用的是三角形接線(xiàn)結(jié)構(gòu)。

2 新型平衡變壓器電氣特性的仿真實(shí)驗(yàn)分析

之前針對(duì)新型平衡變壓器的電氣特性分析更多是理論的探討，為了能夠更加準(zhǔn)確、更加客觀(guān)地了解新型平衡變壓器的電氣特性，本文在Matlab/Simulink仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪菫榱肆私庑滦推胶庾儔浩饕淮蝹?cè)與牽引側(cè)之間的繞組的匝數(shù)比關(guān)系、平衡條件、繞組短路阻抗關(guān)系和兩項(xiàng)解耦條件。

1）關(guān)于新型平衡變壓器空載實(shí)驗(yàn)?？梢钥紤]將其設(shè)置為兩相空載的轉(zhuǎn)改，然后實(shí)驗(yàn)得到一次側(cè)電壓波形，通過(guò)分析得到的波形圖可以發(fā)現(xiàn)其與正弦波類(lèi)似，從得到的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)新型平衡變壓器能夠?qū)崿F(xiàn)三相對(duì)稱(chēng)高壓的轉(zhuǎn)換，最后百年城兩相對(duì)稱(chēng)低壓。

2）新型平衡變壓器平衡變換實(shí)驗(yàn)，在該實(shí)驗(yàn)中主要是進(jìn)行兩相—三相平衡變換實(shí)驗(yàn)和三相—兩相平衡變換實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)新型平衡變壓器一次側(cè)介入110kV三相電力系統(tǒng)時(shí)，牽引側(cè)兩相電流幅值相等，這項(xiàng)結(jié)果提示新型平衡變壓器具有平衡變換性能。

3）在進(jìn)行短路實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，主要分為2個(gè)小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，包括牽引側(cè)α相或β相短路、牽引側(cè)兩相短路，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)新型平衡變壓器出現(xiàn)短路時(shí)，其會(huì)出現(xiàn)一次測(cè)電流對(duì)稱(chēng)、一次零序分量、負(fù)序分量為0的情況，如果是牽引側(cè)兩相短路，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)新型平衡變壓器出現(xiàn)了兩相短路時(shí)，得到的結(jié)果卻是不對(duì)稱(chēng)和負(fù)序分量。

4）在負(fù)載試驗(yàn)的過(guò)程中得到的結(jié)果卻是新型平衡變壓器與阻抗匹配牽引變壓器牽引側(cè)電流對(duì)稱(chēng)，零序電流都接近0。

3 結(jié)論

本文將研究的重點(diǎn)放在了新型平衡變壓器的電氣特性分析方面，在基于等方程等理論的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型平衡變壓器，同時(shí)中倪丹對(duì)新型平衡變壓器繞組見(jiàn)的平衡條件、電流矩陣的鞥進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這個(gè)新型平衡變壓器步驟簡(jiǎn)單、繞組結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、能夠滿(mǎn)足平衡變換性能和自然解耦條件，材料的利用率高。

參考文獻(xiàn)

[1]劉謀君，羅隆福，張志文，等.星形-雙梯形接線(xiàn)平衡變壓器負(fù)序及效率分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32（8）：66-70.

[2]賀達(dá)江，羅隆福，劉亮元，等.阻抗匹配三相變四相變壓器數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，37（6）：46-51.

[3]張志文，陳明飛，胡斯佳，等.基于星形三角形接線(xiàn)多功能平衡變壓器的負(fù)序和諧波綜合治理系統(tǒng)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2014，34（9）：159-165.

[4]胡斯佳，張志文，李勇，等.一種繞組補(bǔ)償式電氣化鐵道電能質(zhì)量控制系統(tǒng)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（13）：2140-2150.