電氣化鐵道供電牽引電力變壓器的分析

李超 李健

【摘?要】隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，電氣化鐵道的發(fā)展也邁上了新臺階，各項技術(shù)發(fā)展成熟，整體性能發(fā)揮優(yōu)良，為鐵路事業(yè)的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻。尤其是電氣化鐵道供電牽引電力變壓器的創(chuàng)新發(fā)展，在很大程度上提升了我國鐵道的安全等級。本文闡述了電氣化鐵道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和牽引供電系統(tǒng)中電力變壓器的連接方式，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】電氣化鐵道;供電牽引;電力變壓器

引言

電氣化鐵路屬于當(dāng)代的一種交通運輸工具，是通過電能作為牽引動力進行運作的。電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)自身無法形成電能，而是向電力機車傳輸電力系統(tǒng)的電能。隨著我國電力牽引技術(shù)的不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，在鐵路運輸行業(yè)中，大功率、高速度且具有較強過載能力和輸送能力的電力機車必定會被大眾所認識。電氣化鐵路主要由兩個部分組成：一是電力機動車;二是牽引供電系統(tǒng)。而在電力牽引供電系統(tǒng)中牽引變壓器是最為核心的部分，其作用非常重要，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)變壓、供電以及讓負序電流和高次諧波對電力系統(tǒng)的影響得以降低，同時還能夠無償?shù)难a償電力系統(tǒng)。由此可見，牽引變壓器設(shè)計在電氣化鐵路中具有非常重要的地位和非常關(guān)鍵的作用。

1電氣化鐵道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.1電氣化鐵道內(nèi)部原理

電氣化鐵道本身是由電力機車和牽引供電系統(tǒng)組成的。伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，電氣化鐵道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)處于不斷優(yōu)化和發(fā)展的過程中。現(xiàn)階段電氣化鐵道集中表現(xiàn)為四種體制，即直流體制、三相甲流體制、單工頻交流體制和單低頻交流體制[1]。這幾種體制在具體應(yīng)用的過程中具有差異化的特點。同時，這些體制在應(yīng)用的過程中，還與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展程度有關(guān)。不同國家的經(jīng)濟發(fā)展水平存在明顯差異，在電氣化鐵道的應(yīng)用過程中也存在明顯的區(qū)別?，F(xiàn)階段我國在電氣化鐵道的應(yīng)用過程中，最常使用的25kV的工頻單相交流體制。現(xiàn)在，中國的經(jīng)濟實力不斷提高，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，電氣化鐵道的應(yīng)用技術(shù)得到廣泛發(fā)展，電能資源的轉(zhuǎn)換和利用程度也逐步提升，這在很大程度上優(yōu)化電氣化鐵道的整體水平。

1.2牽引供電系統(tǒng)的原理

牽引供電系統(tǒng)主要包括交流高壓輸電線、直接牽引的變電所、軌道、回流線等8部分，具有多種的工作模式和工作原理。在電氣化鐵道中，一般都是將三相交流電作為第一供電系統(tǒng)，而第一供電系統(tǒng)的作用就是發(fā)電、轉(zhuǎn)變電壓和輸送電能。另外，牽引供電系統(tǒng)其他組成部分就是為電氣化鐵道的大量負荷起到牽引作用，從而借助整個系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化成動能提供給電車。這其中電力變壓器作為最重要的組成部分，主要任務(wù)就是對三相交變電流進行轉(zhuǎn)化，將電能傳遞到電力機車系統(tǒng)。

2電氣化鐵道供電牽引電力變壓器的連接方法

2.1單相接線變壓器

單相接線變壓器主要分為兩種：一種是純單相變壓器，它是通過高壓側(cè)接三相電源中的任意某兩相，電壓在110kV或220kV。牽引母線和低壓側(cè)繞組首端進行連接，鋼軌、地接和末端進行連接，電壓輸出為27.5kV。通過和牽引母線的一段進行連接，并供電給兩側(cè)的供電臂。由于純單相變壓器的繞組分別和一次側(cè)電源、二次側(cè)電力機車進行連接，因此，材料的利用率都為100%;另一種為V/V接線變壓器，它是由兩臺單相接線牽引變壓器接線成V/V狀。這種變壓器一次側(cè)繞組和電力系統(tǒng)的兩個線電壓進行連接，二次側(cè)則和牽引線的兩相母線分別連接，軌道、接地網(wǎng)和公共端子進行連接。因此對地電壓存在不一樣的相位，所以需要運用分相絕緣器將中間斷開。在這種接線變壓器中，會存在兩個獨立的單相。當(dāng)其中一臺變壓器出現(xiàn)故障停電后，另一臺變壓器則可以進行跨相供電，也就是能夠成為兩邊共同的供電分區(qū)的牽引網(wǎng)。一般這種接線變壓器容量利用率能夠達到100%。

2.2三相接線變壓器的連接方式

在一個牽引變電所之內(nèi)，一般會存在兩三臺三相接線變壓器，組成的變壓器組有3組，一次繞組連接在110kV高壓側(cè)產(chǎn)生的形狀為星形，與牽引網(wǎng)連接的二次側(cè)繞的形狀為三角形。而供電臂就是與三角形的2個角分別進行連接，另一側(cè)接在行車軌道上。三角形2個角的軌道電壓是不相同的，所以，要進行電分相設(shè)置。對于三相變壓器而言，根據(jù)地區(qū)負荷來選擇變壓器時，牽引變壓器中2個繞組就能完全應(yīng)付負荷。目前，在我國這種連接方式非常普遍，其優(yōu)點就在于造價低、占地面積小、在三相電力系統(tǒng)中不會引起電流不對稱。但它也存在明顯的缺點——在三相變壓器中不能利用沒有連接鋼軌的一相容量。

2.3變壓器形成的V/V形態(tài)

在牽引供電系統(tǒng)中，這種變壓器的作用也非常明顯，通過科學(xué)的連接方式，能夠形成效能穩(wěn)定的V/V形態(tài)，以此來發(fā)揮保證整個牽引系統(tǒng)的高效穩(wěn)定傳輸。這類變壓器在實際應(yīng)用過程中，會出現(xiàn)兩個單相，這就使得變壓器在實際作用過程中，能夠留有“后手”，若其中一臺變壓器無法發(fā)揮作用或者效能有所降低，那么另一臺變壓器將予以替換，并投入使用，以此來整體保證變壓器的穩(wěn)定運行。實踐證明，這種接線形態(tài)能夠最大化提升變壓器的性能，同時也能夠提升電能的利用程度。

2.4斯考特接線變壓器

這種接線方法在國外被稱為Scott接線。它的主要作用是讓單相牽引負荷電力系統(tǒng)的不對稱影響得到改善。在斯考特接線變壓器中，通常會設(shè)置兩個單相變壓器。兩臺變壓器具有不一樣的側(cè)邊繞組匝數(shù)，但卻具有相同的次邊繞組匝數(shù)，促使變壓器側(cè)邊匝數(shù)是變壓器原來邊匝數(shù)的兩倍多。這種匝數(shù)比例能夠讓兩個變壓器具有相同的次邊電壓數(shù)值。從牽引角度上來看，這種接線方法非常相似于V形接線，但是，它的接觸網(wǎng)兩端電壓相位差距90°。這種接線方式的優(yōu)點在于：能夠讓三相電力系統(tǒng)的負荷更加容易實現(xiàn)對稱，但是這種接線需要的變壓器較為特殊，且當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，存在較為復(fù)雜的轉(zhuǎn)換程序。當(dāng)?shù)貐^(qū)負荷存在時，還需要將專用變壓器給建立起來。

結(jié)語

對于鐵路運輸發(fā)展而言，電氣化鐵道供電牽引電力變壓器的研究十分重要，它的發(fā)展可以讓電力系統(tǒng)運行越來越穩(wěn)定，在節(jié)約能源基礎(chǔ)上增強鐵道運輸動力，同時，還可以對電力系統(tǒng)進行有效補償，體現(xiàn)了電氣化鐵道供電系統(tǒng)中牽引電力變壓器發(fā)展的重要意義。

參考文獻：

[1]張景景，劉雨欣.電氣化鐵道供電牽引電力變壓器的分析[J].科技與創(chuàng)新，2017（12）：107-108.

[2]王凡.電氣化鐵道供電牽引電力變壓器分析[J].工程技術(shù)（文摘版），2016（11）：271.

（作者單位：沈陽地鐵有限公司運營分公司）