牵引供电课程设计.doc

目录1.选题背景11.1题目11.2目的12.方案论证12.1变压器分类12.2方法13.设计论述23.1单相结线变压器23.2单相（三相）V，v结线变压器23.3三相YN，d11结线组变压器33.4斯科特结线变压器43.5 YN结线阻抗匹配牵引变压器43.6 YN结线平衡变压器53.7非阻抗匹配YN结线平衡变压器64.结果分析64.1七种变压器的优缺点64.2变压器的适用范围85、总结9参 考 文 献91.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题目七种牵引变压器的分析比较1.2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 2.1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。2.2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。3.设计论述3.1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3.2单相（三相）V，v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 3.3三相YN，d11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3.4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3.5 YN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3.6 YN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。图 3-7 YN结线变压器绕组接线和电势向量图3.7非阻抗匹配YN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4.1七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结线变压器主结线较简单，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，d11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。4.2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，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故，为下次的课程设计做好充分的准备，也为将来面对工作时能够更快地进入状态打下良好的基础。参 考 文 献1 李彦哲.电气化铁道供电系统与设计.兰州：兰州大学出版社，2006.92 谭秀炳，刘向阳.交流电气化铁道牵引供电系统.成都：西南交通大学出版 社，20023 贺威俊等.电力牵引供变电技术.成都：西南交通大学出版社，1998