牵引供电课程设计.doc

1 目录目录 1.选题背景选题背景1 1.1 题目题目1 1.2 目的目的1 2.方案论证方案论证1 2.12.1 变压器分类变压器分类.1 2.22.2 方法方法.1 3.设计论述设计论述2 3.13.1 单相结线变压器单相结线变压器.2 3.23.2 单相（三相）单相（三相）v v，v v结线变压器结线变压器.2 3.33.3 三相三相 ynyn，d d1111 结线组变压器结线组变压器3 3.43.4 斯科特结线变压器斯科特结线变压器.4 3.53.5 ynyn 结线阻抗匹配牵引变压器结线阻抗匹配牵引变压器4 3.63.6 ynyn 结线平衡变压器结线平衡变压器5 3.73.7 非阻抗匹配非阻抗匹配 ynyn 结线平衡变压器结线平衡变压器.6 4.结果分析结果分析6 4.14.1 七种变压器的优缺点七种变压器的优缺点.6 4.24.2 变压器的适用范围变压器的适用范围.8 5、总结、总结9 参参 考考 文文 献献.9 1 1.选题背景选题背景 我国牵引变压器制造业伴随国家电气化铁路建设走过了 40 年的风风雨雨的 历程，特别是改革开放以来，随着我国铁路电气化建设视野的迅猛发展，牵引 变压器无论是设计理论，产品品种容量,电压等级，制造手段和产品质量等诸多 方面都取得了突飞猛进的进步。伴随国家加快铁路建设，预计电气化铁路建设 将以每年 1400 公里的建设速度进入高速的鼎盛时期，牵引变压器制造业也将在 其发展史上翻开光辉灿烂新的一页。 1.1 题目题目 七种牵引变压器的分析比较 1.2 目的目的 通过对七种牵引变压器的分析比较，选择适合我国电气化铁路的变压器。 2.方案论证方案论证 2.12.1 变压器分类变压器分类 变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信 号的一种电器，是电能传递或作为信号传输的重要元件。按照变压器结构种类 和接线方式分为：单相结线变压器、单相（三相）v，v 结线变压器 、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。 2.22.2 方法方法 通过对七种变压器的优缺点比较，以表格的形式清晰的得出最适合我国国 情的电气化牵引变压器。 2 3.设计论述设计论述 3.13.1 单相结线变压器单相结线变压器 单相结线变压器如图 3-1 所示，原边跨接于三相电力系统中的两相，副边 一端与牵引侧母线连接，另一端与轨道及接地网连接。牵引变压器的容量利用 率高，但其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。所以，这种结线只适用于电力系统容量较大，电力网比较 发达，三相负荷用电能够可靠的由地方电网得到供应的场合。另外，单相牵引 变压器要按全绝缘设计制造。 。 图 3-1 单相结线牵引变电所 3.23.2 单相（三相）单相（三相）v v，v v 结线变压器结线变压器 单相 v，v 结线变压器如图 3-2 所示，将两台单相变压器以 v 的方式联于三 相电力系统，每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两 变压器次边绕组，各取一端联至牵引变电所两相母线上，而它们的另一端则以 联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时，两臂电压相位差 60 度接线， 电流的不对称度有所减少。这种接线即通常所说的 60 度接线。三相原理（如图 3-3）：将两台容量相等或不相等的单相变压器器身安装于同一油箱内。原边绕 组接成固定的 v 结线，v 的顶点（a2 与 x1 连接点）为 c 相，a1，x2 分别为 a 相，b 相。副边绕组四个端子全都引出在油箱外部，根据牵引供电的要求，既 3 可接成正“v” ，也可接成反“v” 。 图 3-2 单相 v，v 结线变压器 图 3-3 三相 v，v 结线变压器 3.33.3 三相三相 ynyn，d11d11 结线组变压器结线组变压器 三相 yn，d11 结线牵引变压器（如图 3-4 所示）的高压侧通过引入线按规 定次序接到 110kv 或 220kv，三相电力系统的高压输电线上；变压器低压侧的 一角 c 与轨道接地网连接，变压器另两个角 a 和 b 分别接到 27.5kv 的 a 相和 b 相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂供电，两臂电压的相位差 为 60 度，也是 60 度接线。由于左右两供电臂对轨道的电压相位不同，因此， 在这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。 这种牵引变电所中装设两台三相 yn，d11 结线牵引变压器，可以两台并联 运行，也可以一台运行，另一台固定备用。 图 3-4 三相 yn，d11 接线牵引变压器原理图 a b a b a1 x1 abc a2 x2 a1 x1a2 x2 4 3.43.4 斯科特结线变压器斯科特结线变压器 斯科特结线变压器（原理电路图如图 3-5 所示）实际上也是由两台单相变 压器按规定连接而成。一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电 力系统的两相，称为 m 座变压器；另一台单相变压器的原边绕组一端引出，接 到三相电力系统的另一相，另一端到 m 座变压器原边绕组的中点 o，称为 t 座 变压器。这种结线形式把对称三相电压变换成对称两相电压，用两相中的一相 供应一边供电臂，另一相供应另一边供电臂。m 座变压器原边绕组匝数，两端 分别接入电力系统的 b，c 相；副边绕组匝数，向左边供电臂供电。t 座变压 器原边绕组匝数，一端接在 m 座变压器原边绕组的中点 o，另一端接到接到电 力系统的 a 相；副边绕组匝数，向右边供电臂供电。t 座和 m 座副边匝数相同， 原边匝数不同。实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯上，安装 在一个油箱内。 图 3-5 斯科特变压器原理电路图 3.53.5 ynyn 结线阻抗匹配牵引变压器结线阻抗匹配牵引变压器 yn 结线阻抗匹配牵引变压器如图 3-6 所示，可以两台并联运行；也可以一 台运行，另一台固定备用。副边绕组三角形结线结构即在非接地相增设两个外 5 移绕组。内三角形接线的一角 c 与轨道接地网连接。两端分别接到牵引侧两相 母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂牵引网供电。 图 3-6 yn 结线阻抗匹配牵引变压器绕组接线和电压向量图 3.63.6 ynyn 结线平衡变压器结线平衡变压器 根据平衡变压器（如图 3-7 所示）的工作原理，要求： 原边接三相对称 电源电压时，副边二相输出端口空载电压对称（即大小相等，相位差为 90 度） ； 副边二相输出端口带相同负载时，原边三相电流对称。yn 结线阻抗匹配牵 引变压器，虽然满足了上述需要和要求，但是平衡绕组与 a（或 b，c）绕组的 匝数比和阻抗匹配系数都是固定值。一般来说，绕组匝数的配合比较容易，而 无论从设计上还是制造工艺上来讲，要得到预先确定的某一阻抗匹配系数都是 相当困难的。yn 结线阻抗匹配平衡变压器的要求，在设计上和制造工艺上的 难度是不言而喻的。 阻抗系数匹配可以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。从输出电压， 线材利用率等方面考虑，阻抗匹配系数在 11.732 范围取值较合适。 6 图 3-7 yn 结线变压器绕组接线和电势向量图 3.73.7 非阻抗匹配非阻抗匹配 ynyn 结线平衡变压器结线平衡变压器 在前面所述的 yn 结线平衡变压器中，不需要专门进行阻抗匹配，按结构 对称性布置绕组，就可以使该变压器达到平衡。这是 yn 结线平衡变压器的特点。 由于它不需要专门进行阻抗匹配，所以称为非阻抗匹配 yn 结线平衡变压器。 4.结果分析结果分析 4.14.1 七种变压器的优缺点七种变压器的优缺点 表 4-1 变压器优点缺点 单相结 线变压 器 容量利用率可达 100%，主接线简单， 设备少，占地面积小，投资少。 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。 单相 （三相） v，v 结线变 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。 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 7 变压器优点缺点 压器常运行的变压器。在这一倒闸过程完成 前，故障变压器原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。 三相 yn，d1 1 双绕 组变压 器 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，当一台变压器停电时，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。 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。 斯科特 变压器 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。 斯科特结线牵引变压器制造难度较大， 造价较高。牵引变电所主结线复杂，设 备较多，工程投资也较多，维护检修工 作量及相应的费用有所增加。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 8 变压器优点缺点 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。 yn 结 阻抗匹 配牵引 变压器 当阻抗匹配系数时，无论副边或原边 三相电流是否平衡，无零序电流。当 副边 三相电流不对称时，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。 设计计算及制造工艺复杂，造价较高。 yn 结 平衡变 压器 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。 需要考虑减小电磁力，环流等问题。 非阻抗 匹配 yn 结 平衡变 压器 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。 需要考虑减小电磁力，环流等问题。 4.24.2 变压器的适用范围变压器的适用范围 （1）单相结线变压器适用于电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用 9 电能够可靠的由地方电网得 到供应的场合。 （2）三相 yn，d11 双绕组变压器适用于山区单线电气化铁路牵引负载不平衡 的场所。 （3）yn 结线阻抗匹配牵引变压器适用于：牵引变电所自用电和站区三相电力。 。 5、总结总结 为期十余天的牵引供变电课程设计就要结束了，在这次课程设计中我们小 组 3 人经过数日的努力终于完成预定任务。经过这次课程设计，我们学到很多 平常忽略的东西，同时也温习了很多必要的知识。因为平时不常深究的缘故， 部分知识已经变得生疏，此时才明白平时对知识积累和温习的重要性。这次的 课程设计的知识仅从书本上学是远远不够的，小组一行 3 人多次在图书馆、电 子阅览室等地多方面查询资料，经过大家的不懈努力终于完成了课程设计。 经过这次设计，我们不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多课本 上所没学到过的知识，培养了我独立思考问题的能力以及处理问题的能力。通 过这次课程设计使我懂得了理论联系实际的重要性，只有把所学的理论知识与 实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的 实际动手能力。在设计的过程中遇到问题，可