电气化铁道供电系统与设计课程设计报告1

电气化铁道供电系统与设计课程设计报告

班 级：电气08*班 学 号： 200*09*** 姓 名： ******* 指导教师： *****

评语：

2011 年 月 日

自动化与电气工程学院 电气化铁道供电系统与设计

一、 题目

某牵引变电所甲采用直接供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，三相平衡接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表所示

牵引变电所 甲 供电臂 长度km 24.6 20.4 端子 平均电流A 有效电流A 短路电流A 穿越电流A β α 282 240 363 319 1023 874 202 154

二、 题目分析及解决方案确定

因为牵引变压器是牵引供电系统的主要设备，其容量大小关系到能否完成国家交给的运输任务及运营成本，所以进行牵引变压器的容量计算，以便合理选用牵引变压器的额定容量十分重要。以下将对三相平衡接线方式的牵引变压器的计算容量、校核容量以及安装容量分别进行分析及计算。

2.1设计方案分析

目前，我国使用的牵引变压器类型主要有以下几种形式：单相结线变压器、单相V,v结线变压器（三相）、三相YN，d11双绕组变压器、斯科特结线变压器、YN， 结线阻抗匹配牵引变压器、YN， 结线平衡变压器、非阻抗匹配YN， 结线平衡变压器。针对以上几种牵引变压器的优缺点的分析如下： （1） 单相结线变压器

优点：容量利用率可达100%；主接线简单，设备少，占地面积小，投资少。 缺点：不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电，在电力系统中，单相牵引负

荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。

（2） 单相V,v结线变压器（三相）

优点：主结线较简单，设备较少，投资较省。对电力系统的负序影响比单相结

线少。对接触网的供电可实现双边供电。

缺点：当一台牵引变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左右两边供电

臂的牵引网。这就需要一个倒闸过程，即把故障变压器原来承担的供电任务转移到正常运行的变压器。在这一倒闸过程完成前，故障变压器原

- 1 -

自动化与电气工程学院 电气化铁道供电系统与设计

来供电的供电臂牵引网中断供电，这种情况甚至会影响行车。即使这一倒闸过程完成后，地区三相电力供应也要中断。牵引变电所三相自用电必须改用劈相机或单相－三相自用变压器供电。实质上变成了单相结线牵引变电所，对电力系统的负序影响也随之增大。

（3） 三相YN，d11双绕组变压器

优点：牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相

电力。在两台牵引变压器并联运行情况下，当一台停电时，供电不会中断，运行可靠方便。三相YN，d11双绕组变压器在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格便宜。对接触网的供电可实现两边供电。

缺点：牵引变压器容量不能得到充分利用，只能达到额定容量的75.6%，引入

温度系数也只能达到84%，与采用单相结线牵引变压器的牵引变电所相比，主接线要复杂一些，用的设备，工程投资也较多，维护检修工作量及相应的费用也有所增加。

（4） 斯科特结线变压器

优点：当M座和T座两供电臂负荷电流大小相等，功率因素也相等时，斯科

特结线变压器原边三相电流对称。变压器容量可全部利用。（用逆斯科特结线变压器把对称两相电压变换成对称三相电压）。对接触网的供电可实现两边供电。

缺点：斯科特结线牵引变压器制造难度较大，造价较高。主结线复杂，设备较

多，工程投资也较多。而且斯科特结线牵引变压器原边T接地（O点）电位随负载变化而产生漂移。严重时有零序电流流经电力网，可能引起电力系统零序电流继电保护误动作，对邻近的平行通信线可能产生干扰，同时引起牵引变压器各相绕组电压不平衡，而加重绕组的绝缘负担。为此，该结线牵引变压器的绝缘水平要采用全绝缘。

（5） YN， 结线阻抗匹配牵引变压器

优点：当阻抗匹配系数 时，无论副边 或 ，原边三相电流平衡，即无零序电

流。当副边 ， 时，原边三相电流对称，没有负序电流对电力系统的影响。原边三相制的视在功率完全转化为副边二相制的视在功率，变压器容量可全部利用。原边仍为YN结线，中性点引出，与高压中性点接地电力系统匹配方便。副边仍有△结线绕组，三次谐波电流可以流通，使主磁通和电势波形有较好的正旋度。利用斯科特结线变压器把对称两相电压变换成对称三相电压。对接触网的供电可实现两边供电。

- 2 -

自动化与电气工程学院 电气化铁道供电系统与设计

缺点：设计计算及制造工艺复杂，造价较高。 两供电臂之间的分相绝缘器两

端承受的电压较高 ，因此，分相绝缘器的绝缘应注意加强。

（6） YN， 结线平衡变压器

优点：其阻抗匹配系数在一定范围内任意选取，因而使变压器的设计和制造更

加方便。阻抗匹配系数取值的灵活性对绕组布置具有重要意义。

缺点：需要考虑减小电磁力，环流等问题。 （7） 非阻抗匹配YN，

结线平衡变压器

优点：与YN， 结线阻抗匹配牵引变压器基本相同，但还存在若干不同点：

不需要专门进行阻抗匹配，绕组布置最容易，设计制造最方便。

缺点：绕组设计条件最苛刻，设计制造最困难。

综合以上有关各种牵引变压器的优缺点分析发现，我们所选用的非阻抗匹配YN，结线平衡变压器与YN， 结线阻抗匹配牵引变压器的优缺点基本一致，但是后者在设计工艺上有较大的困难，一般只是用所用供电，相较而言非阻抗平衡牵引变压器在设计制造方面有很大的优势，此外我们对阻抗平衡变压器也进行了容量计算，计算结果如下：

三相平衡牵引变压器的计算容量S为

S?2UI?x

据题意， S?2UI?x=2*27.5*363=19.97MVA 计算三相平衡接线牵引变压器的校核容量

SbmaxS校?

KSbmax?2UI?max(kVA)

据题意I?max=1023A，K=1.5，带入两式得：S校=37.51MVA

根据已经计算出的计算容量和校核容量，选择两者中较大者，并按采用的固定备用方式，参考变压器的系列产品（额定容量优先数为R10系列，即10000，2,100,1600,20000,52000,31500,40000,50000,36000,80000,100000（kVA）等），确定该复线区段三相平衡结线牵引变压器安装容量为2*40MVA。

虽然最终获得的校核容量一样，但显然对同一供电区段而言非阻抗平衡变压器拥有更多的备用容量；另外，与其它的供电方式相比较，采用非阻抗匹配YN，

结线

平衡变压器不仅可以实现容量的充分利用，而且也防止了负序电流对电力系统的影

- 3 -