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1、电气化铁道牵引供电系统电气化铁道牵引供电系统西南交通大学电气工程学院1章节课堂 我国现行的牵引变电所供电方式绝大多数为三我国现行的牵引变电所供电方式绝大多数为三相两相制式，即其相两相制式，即其原边取自电力系统的原边取自电力系统的110kV或或220kV三相电压三相电压，次边向两个单相供电臂馈电次边向两个单相供电臂馈电，其，其母线额定电压为母线额定电压为27.5kV或或55kV。对于三相对于三相YN,d11或或V,v接线的牵引变电所，次接线的牵引变电所，次边两相电压的相别是原边三个相（或线）电压相别边两相电压的相别是原边三个相（或线）电压相别三中取二的某种组合；而对于平衡变压器，经变压三中取二的
2、某种组合；而对于平衡变压器，经变压器的变换，次边形成大小相等而相位相互垂直的两器的变换，次边形成大小相等而相位相互垂直的两相电压。相电压。第二章第二章 牵引变电所牵引变电所 从广义的角度上讲，牵引变压器原次边之间除从广义的角度上讲，牵引变压器原次边之间除了有电压的变换外，还有电流和阻抗变换，可称为了有电压的变换外，还有电流和阻抗变换，可称为系统变换系统变换，如，如 通过系统变换，可以获得通过系统变换，可以获得一次侧的电力系统、一次侧的电力系统、牵引变压器的等值电路模型牵引变压器的等值电路模型，或，或二次侧的电力系二次侧的电力系统、牵引变压器等值电路模型统、牵引变压器等值电路模型。这两个等值电路
3、。这两个等值电路模型对于牵引供电系统的电气分析十分方便、有模型对于牵引供电系统的电气分析十分方便、有用，如用于电压损失，故障分析，电能计量，负用，如用于电压损失，故障分析，电能计量，负序含量，谐波水平等计算。序含量，谐波水平等计算。目前在三相牵引变电所中采用的是目前在三相牵引变电所中采用的是110kV油浸油浸风冷式变压器风冷式变压器，该牵引变压器的接线采用标准联结，该牵引变压器的接线采用标准联结组，即组，即YN,d11，必要时原边中性点可大电流接地。，必要时原边中性点可大电流接地。备用方式有移动备用和固定备用两种，实用中备用方式有移动备用和固定备用两种，实用中大多采用固定备用。对于直接供电或大
4、多采用固定备用。对于直接供电或BT供电方式，供电方式，变压器次边输出电压为变压器次边输出电压为27.5kV，比牵引网标准网压，比牵引网标准网压（25kV）高）高10。2-1三相三相YN,d11接线牵引变电所接线牵引变电所 一、一、原理电路图及展开图原理电路图及展开图 绕组绕组(ax)，(cz)为为负荷相绕组负荷相绕组；绕组；绕组(by)则被则被称为称为自由相绕组自由相绕组，（）内符号表示端子号，大写，（）内符号表示端子号，大写为原边，小写为次边。为原边，小写为次边。接供电臂接供电臂接供电臂接供电臂(z)(x)(y)(c)(a)(b)(C)(A)(B)(Z)(X)(Y)为分析的直观与方便，更常见
5、使用为分析的直观与方便，更常见使用YNd11接接线线牵引变压器的展开图牵引变压器的展开图。画展开图有如下约定：画展开图有如下约定：(1)为为施施工工和和运运行行安安全全起起见见，统统一一规规定定次次边边绕绕组组 的（的（c）端子接钢轨和地；）端子接钢轨和地；(2)原、次边对应绕组相互平行；原、次边对应绕组相互平行；(3)原原、次次边边每每套套（相相）绕绕组组的的同同名名端端放放在在同同一一侧；侧；(C)(A)(B)(c)(b)(a)(C)(B)(A)(c)(a)(b)接供电臂接供电臂接供电臂接供电臂(z)(x)(y)(c)(a)(b)(C)(A)(B)(Z)(X)(Y)展开图展开图实际上，有了
6、展开图中每套（相）绕组的同名端，实际上，有了展开图中每套（相）绕组的同名端，端字号已不重要，可以只保留次边端子号（端字号已不重要，可以只保留次边端子号（c），），甚至不要。需要时，根据每套（相）的同名端不甚至不要。需要时，根据每套（相）的同名端不难恢复全部端子号。难恢复全部端子号。二、二、电压、电流相量的电压、电流相量的规格化定向规格化定向 在在牵牵引引供供电电系系统统分分析析中中，对对所所有有牵牵引引变变压压器器均均都都采采用用规规格格化化定定向向（又又称称为为减减极极性性定定向向，即即在在这种定向下，原次边绕组磁势相互抵消）。这种定向下，原次边绕组磁势相互抵消）。(1)原原边边绕绕组组电电
7、压压、电电流流采采用用电电动动机机惯惯例例定定向向，即牵引变压器从电力系统吸收电能；即牵引变压器从电力系统吸收电能；(2)次次边边绕绕组组电电压压、电电流流采采用用发发电电机机惯惯例例定定向向，即牵引变压器是次边负荷的电源；即牵引变压器是次边负荷的电源；(3)负荷吸收正功率。负荷吸收正功率。单相变压器规格化定向单相变压器规格化定向等值电路等值电路 对于理想变压器，对于理想变压器，与与 同相同相 规格化定向应注意：规格化定向应注意：(1)(1)原边绕组电压与实际进线电压相别一致；原边绕组电压与实际进线电压相别一致；(2)(2)次边绕组按同名端与原边绕组电压一致；次边绕组按同名端与原边绕组电压一致
8、；(3)(3)原原边边电电流流、电电压压按按电电动动机机惯惯例例，次次边边按按发发电电机惯例，原、次边绕组电流为减极性；机惯例，原、次边绕组电流为减极性；(4)(4)通通常常，完完成成电电压压定定向向后后（先先原原边边，后后次次边边，或或者者根根据据需需要要而而相相反反），先先标标次次边边电电流流（负荷），（负荷），再标原边电流再标原边电流。YN,d11牵引变压器的规格化定向举例牵引变压器的规格化定向举例ABC次边电压、电流相量图次边电压、电流相量图三、三、绕组电流与负荷端口电流的关系绕组电流与负荷端口电流的关系 电力系统的电源电压和短路阻抗、牵引变压器的绕电力系统的电源电压和短路阻抗、牵引变
9、压器的绕组漏抗组漏抗归算到二次侧的等值电路归算到二次侧的等值电路(假设电力系统三假设电力系统三相电压正序对称，阻抗平衡相电压正序对称，阻抗平衡)Ynd11牵引变压器二次侧等值电路牵引变压器二次侧等值电路目标目标:求解绕组电流，应用叠加原理求解绕组电流，应用叠加原理 单独作用时单独作用时单独作用时单独作用时YN,d11变压器次边变压器次边三相绕组电流相量图三相绕组电流相量图 推广到推广到a a、b b、c c三相都带负荷的情形三相都带负荷的情形根据定向和变比关系，由上式获得原边三相电流根据定向和变比关系，由上式获得原边三相电流 对于对于110kV/27.5kV牵引变电所牵引变电所 四、四、YN,
10、d11归算到负荷端口的等值电路归算到负荷端口的等值电路模型模型 考虑一般情况：考虑一般情况：，为两个负荷端口为两个负荷端口，为自由相为自由相 端端口口电电压压方方程程式式 归算到两个负荷端口的变电所等值电路归算到两个负荷端口的变电所等值电路 归算到两个负荷端口的变电所等值电路归算到两个负荷端口的变电所等值电路 Sd：电力系统（原边）短路容量（电力系统（原边）短路容量（MVA）ST：牵引变压器容量（牵引变压器容量（MVA）Ud%：短路电压（一般为短路电压（一般为10.5%）五、五、三相牵引变压器次边各种短路计算三相牵引变压器次边各种短路计算 设牵引端口电压为设牵引端口电压为27.5kV，忽略电阻
11、部分忽略电阻部分1 1、一相母线对轨地短路、一相母线对轨地短路2 2、异相牵引母线短路、异相牵引母线短路,即即、端口母线间短路端口母线间短路 2 2、两相母线对地短路、两相母线对地短路，可导出短路电流为，可导出短路电流为 六、六、YN,d11变压器额定利用率变压器额定利用率变压器额定容量利用率变压器额定容量利用率KK=(额定输出容量额定输出容量/额定容量额定容量)100%达到额定输出时有达到额定输出时有以以为基准，有为基准，有则绕组电流为则绕组电流为超前超前设设当当 、达到额定值达到额定值时，则时，则YN,d11牵引变压器的额定容量利用率为牵引变压器的额定容量利用率为 单相牵引变压器包括单相牵
12、引变压器包括I,i(纯单相纯单相)接线牵引变压接线牵引变压器和器和V,v接线牵引变压器。现在普遍采用接线牵引变压器。现在普遍采用V,v接线牵接线牵引变压器。引变压器。V,v接线牵引变压器的内部接线类似两台接线牵引变压器的内部接线类似两台I,i接接线变压器的组合。线变压器的组合。V,v接线牵引变压器原边接入系统两个线电压接线牵引变压器原边接入系统两个线电压（AB、BC、CA间线电压中的两个）间线电压中的两个）2-2 单相牵引变电所单相牵引变电所 以接入以接入AB和和BC间线电压为例间线电压为例供电臂供电臂供电臂供电臂abcCAB一、原次边电流关系一、原次边电流关系再考虑其他两种接线情况再考虑其他两种接线情况,可得到以下通式可得到以下通式CAB二、归算到负荷端口的等值电路模型二、归算到负荷端口的等值电路模型 CAB端端口口电电压压方方程程式式 归算到两个负荷端口的变电所等值电路归算到两个负荷端口的变电所等值电路 三、三、V/V变压器次边短路计算变压器次边短路计算设牵引端口电压为设牵引端口电压为27.5kV V，忽略电阻部分忽略电阻部分 1 1、一相母线对轨地短路一相母线对轨地短路2 2、异相牵引母线短路异相牵引母线短路3 3、两相母线对地短路、两相母线对地短路简化计算简化计算
第二章 三相YN,d11接线牵引变电所【教育研究】
