牵引供电系统：第2章2.3牵引变压器的计算容量

1、小结,变压器容量计算的步骤 列车电流和馈线的符号和含义 t列车，u用电，e有效值，不带用电值，i区段 列车电流的计算（平均值、有效值） 单双线、用电 馈线电流的计算（有效值、平均值和最大值,2-3 变压器的计算容量 牵引变压器的计算容量是按正常运行时的列车对数N、带电运行时间tui等条件求出的主变压器供应牵引负荷所必须的最小容量。 变压器的计算公式为S=UI，式中U是变压器的额定电压，I是变压器绕组的有效电流。对不同接线方式的变压器，其负荷计算除了按前述两个计算条件外，都应该将负荷电流变换成变压器绕组的有效电流，然后用绕组有效电流计算变压器的容量,2-3 牵引变压器的计算容量,2-3-1 不同

2、结线方式变压器的绕组有效电流 2-3-2 牵引变压器计算容量的确定,2-3-1 不同结线方式变压器的绕组有效电流 计算变压器绕组有效电流，首先要明确供电臂负荷在变压器采用不同结线方式时在变压器绕组中的分配关系。这样就可以用供电臂有效电流和平均电流求得变压器绕组的有效电流。 1、三相YN，d11结线牵引变压器重负荷绕组的有效电流 在变电所运行中，两供电臂负荷大小相等的概率几乎为零。对于三相变压器，通常在低压侧三角绕组中的三相电流是不均匀的，即有重负荷相与轻负荷相之分。计算时应以重负荷绕组中的有效电流确定其容量。设供电臂a的有效电流大于供电臂b的有效电流，按牵引负荷在三角接绕组中的电流分布如图2-

3、6所示，则绕组ca中的电流为,取ica2的平均值有,两边同时开方则重负荷绕组ca的有效电流Icae可按下式计算,或用近似式计算,2.52,2.52.1,2、单相结线牵引变压器绕组的有效电流 （1）单相结线牵引变压器供给一个供电臂时，绕组有效电流可按下式计算,2.49,2）单相结线牵引变压器供给二个供电臂时，绕组有效电流IIe为,2.50,3、V，V结线牵引变压器绕组的有效电流 V，V结线牵引变压器是由两台单相牵引变压器联接而成，每台变压器负责一个供电臂的供电任务，故其绕组有效电流即为馈线有效电流，即,2.51,4、斯科特变压器的绕组有效电流 （1）单相结线牵引变压器供给一个供电臂时，绕组有效电

4、流可按下式计算,5、阻抗平衡变压器绕组有效电流 其低压侧供电臂绕组的有效电流为,2.55,2.53,3-3-2 牵引变压器计算容量的确定 1、三相YN，d11结线变压器 由于牵引负荷在三相变压器三角侧各相绕组中的负荷电流分配不均，如果三相负荷均被最大一相负荷来确定三相变压器容量，将使变压器的温升低于额定值，也即变压器油的温升尚有裕量。为考虑这一过负荷能力，引入一个温度系数Kt，一般取Kt=0.9。 设I1eI2e，则S为,2.60,用近似公式简化计算为,2.61,2、单相结线变压器 （1）当单相变压器只供一个电臂时，其计算容量为,2.58,3、V，V结线变压器 V/V结线变压器，己知由两台单相

5、变压器联接成开口三角形，其两台变压器容量分别为,2.57,2）当单相变压器供二个供电臂时，其计算容量为,2.59,例：已知IR=180A，IL=200A，KF=1.35，求单相变压器计算容量,解,4、斯科特变压器 己知斯科特变压器的副边绕组的有效电流分别为,2.62,原边电流,5、平衡变压器 阻抗平衡变压器与非阻抗匹配平衡变压器的容量计算可用简便计算式确定其容量： (2.67,2.64,2.68,2-4 牵引变压器的校核容量 牵引变压器的校核容量是以列车紧密运行时的要求为条件，结合变压器的过负荷能力而确定的容量。即,对牵引变压器进行容量校核，要达到两个目的； 1）要满足列车紧密运行的要求； 2

6、）要保证变压器在充分利用过负荷能力的情况下能安全地运行。 按照紧密运行条件所得出的变压器的容量，称为变压器的最大容量，它不是校核容量，因为没有考虑变压器的过负荷能力。变压器的过负荷能力以过负荷倍数K来表示。 校核容量应该既可满足列车紧密的运行的要求，又可充分利用变压器过负荷能力而安全运行,2-4 牵引变压器的校核容量,2-4-1 变压器过负荷能力 2-4-2 校核容量的确定,2-4-1 变压器过负荷能力 变压器具有过负荷能力，是指在保证变压器正常寿命的前提下，可以带比额定值大的负荷运行一段时间。 1、变压器寿命与过负荷 （1）变压器的寿命 变压器的寿命是由绝缘材料的老化程度决定的，而绝缘材料的

7、老化，主要取决于运行温度、绝缘材料结构中的氧气含量、含潮率。其中运行温度是引起绝缘老化的最主要因素。因此，温度对变压器的寿命起着决定性的作用。 （2）绝缘老化六度定则 温度和绝缘材料的寿命之间，有一定的关系。 油浸式变压器绕组用的电缆纸是A级绝缘，电缆纸在80140范围内，温度比98每增加6其老化速度增加一倍；反之比每降低98每降低6其老化速度降低一半，即绝缘老化六度定则,3）变压器的热点温度与寿命及允许运行持续时间的关系 变压器绕组的热点温度在80140范围内的相对寿命损失率如表2-1所示,变压器在绕组的热点温度98140下允许运行的持续时间如表2-2所示,表2,表2,4）变压器的允许过负荷

8、 按上述原则，规定了变压器的允许正常过负荷和事故过负荷。 事故过负荷也称急救性过负荷，如变压器的一次和二次出线端子松动、变压器油不合格、外部接地短路等。事故过负荷不同于允许正常过负荷，每经过一次事故过负荷，变压器的寿命将要缩短，因此对事故过负荷作了规定，如表2-3所示。 变压器运行规程规定，当变压器的负荷率（即计算容量/安装容量）小于1时，其允许正常过负荷倍数和允许过负荷持续时间可由变压器允许正常过负荷曲线查得，如图2-7所示。当变压器的负荷率未知时，允许正常过负荷能力可查阅变压器运行规程表,表2,2、牵引变压器的过负荷 牵引变压器的过负荷按以下几种情况来考虑： 1）正常运行时，变压器的日平均

9、负荷不会超过变压器容量； 2）紧密运行时，牵引变压器可能出现短时的较大过负荷； 3）牵引变压器的负荷率远小于1； 4）三相YN，d11结线的牵引变压器，其输出电流允许值受三相绕组负荷不均匀的影响，达不到额定值。 3、带直接测温装置的牵引变压器的过负荷 随着铁路运量迅速发展，许多线路的实际容量已超过设计值，导致变压器过负荷运行，因而变压器的实际过负荷能力成为一个十分现实的问题。变压器过负荷能力的利用是否充分、合理，变压器过负荷运行是否安全、可靠，归根结底要由变压器各部温升来验证,直接测温装置是埋设在变压器高、低绕组、铁心、绝缘油、箱壁的铂膜电阻测温传感器，它将测得的各处温度，通过传感器引出线、传

10、输光纤、传输电缆，输送到计算机测温系统。其埋设的测温点，能检测随负荷剧烈变化的绕组、铁心及绝缘油的温度，特别是绕组最热点温度。 带直接测温装置的牵引变压器，能经常承受在负荷率为0.5的条件下，过负荷倍数为额定电流3倍的尖峰牵引负荷，一次不超过2min，每次发生间隔不少于30min。当变压器在环境温度为20时，应能承受的短时过负荷倍数如表3-4所示，此时，绕组最热点温度不得超过140,表2,图2-7,2-4-2 校核容量的确定 1、牵引变压器校核容量的计算条件 （1）重负荷臂取95%最大车数概率积分最大值计算馈线最大短时电流Imax，通过查曲线确定其值。 （2）轻负荷供电臂取对应Nmax的馈线有

11、效电流Ie。 2、不同结线方式牵引变压器最大容量的计算 （1）三相YN，d11牵引变压器的最大容量 Smax=KtU(2Iamax+0.65Ibe) (2.65) 其中Iamax的取值可由图2-8曲线确定。其确定方法为： 1）计算对应于Nmax的平均带电概率,2）查曲线。在纵轴上确定出Imax,2）单结线变压器的最大容量 Smax=U(Iamax+Ibe) (2.73) （3）V，V结线变压器的最大容量 Samax=UIamax Sbmax=UIbmax （4）斯科特结线变压器的最大容量,2.77,2.76,5）YN，阻抗匹配平衡变压器的最大容量,2.79,2.80,阻抗匹配,非阻抗匹配,3、

12、校核容量的确定 校核容量是在最大容量的基础上，再考虑变压器过负荷能力后所确定的容量。 S校=Smax/K (2.69) K过负荷倍倍数。取1.5,牵引变压器的过负荷能力三相YN,d11、单相和Scott变压器分别为150%、175%、200,2-5 牵引变压器的安装容量 牵引变压器的安装容量是在计算容量和校核容量的基础上，再考虑备用方式，最后按变压器的产品规格确定的变压器台数与容量。确定安装容量除了计算容量和校核容量外，主要考虑的因素是备用方式,2-5 牵引变压器的安装容量,2-5-1 备用方式 2-5-2 牵引变压器安装容量的确定,2-5-1 备用方式 备用变压器投入的快慢，将影响到恢复正常

13、供电的时间，并且与采用的备用方式有关。 备用方式的选择必须从实际的电气化铁路的线路、运量、牵引变电所的规模、选址、供电方式、外部条件等因素，综合考虑比较后确定。 我国的电气化铁路牵引变压器的备用方式有两种： 移动备用、固定备用,1、移动备用 采用移动变压器作为备用方式，称为移动备用。 采用移动备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器，正常时两台并联运行。所内设有铁路专用岔线。备用变压器安放在移动变压器车上，停放于适中位置的牵引变电所内或供电段段部，以便于需要作为备用变压器投入时，缩短运输时间。在供电段所辖的牵引变电所不超过57个的情况下，设一台移动变压器，其容量应与所辖变电所中的

14、最大牵引变压器额定容量相同。 移动备用方式的缺点： 1）当牵引变压器需要检修时，可将移动变压器按计划调入牵引变电所。但在牵引变压器发生故障时，移动变压器的调运和投入约需数小时。此间，靠一台牵引变压器供电往往不能保证铁路正常运输。 2）采用移动备用方式，还需要修建铁路专用岔线,2、固定备用 采用加大牵引变压器容量和增加台数作为备用的方式，称为固定备用。 采用固定备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器，一台运行，一台备用。每台牵引变压器容量应能承担全所最大负荷，满足铁路正常运输的要求。 固定备用的优点： 投入快速方便，可确保铁路正常运输，不需修专用岔线，牵引变电所选址方便、灵活，场

15、地面积较小，土方量较少，电气主接线较简单。 固定备用的缺点： 增加了牵引变压器的安装容量，变电所内设备检修业务要靠公路运输,2-5-2 牵引变压器安装容量的确定 当牵引变压器的计算容量和校核容量确定以后，选择两者中较大者，并按采用的备用方式、牵引变压器的系列产品及有否地区动力负荷等因素，即可确定牵引变压器的安装容量,小结,馈线电流的数字特征 列车电流的计算 馈线电流的计算 变压器计算容量、校核容量、安装容量的计算,例1：某单线区段，近期年运 ，牵引定数额 ， ，波动系数K1取1.2，储备系数K2取1.2，非平行列车运行图区间通过能力N非=42对/日。 牵引计算结果： 供电臂1： 供电臂2： 采用三相牵引变压器时，试计算变压器的安装容量,变压器的计算容量,对应于N非的重负荷供电臂1的最大电流,2.38I,查曲线图 ，可得 所以， 对应于N非的轻负荷供电臂2的有效电流,则牵引变压器的最大容量为： 校核容量为： 5.确定安装容量： 固定备用，选择两台牵引变压器，一主一备，容量为21