a供電方式和vx接線牽引變壓器的合理性分析

a供電方式和vx接線牽引變壓器的合理性分析

近年來(lái)，直供式v.v連接110.27.5kvv引入變量廣泛應(yīng)用于鐵路電氣化和現(xiàn)有電氣化線路的重建。作為v系列的引入變量，v-x線的新引入變量v.227.5kv首次應(yīng)用于準(zhǔn)東線（格爾）以東周至西營(yíng)子段鐵路電氣化工程福興市的誘導(dǎo)裝置。1c《ss3》設(shè)計(jì)準(zhǔn)東線周西段鐵路運(yùn)量為1500萬(wàn)噸/年,并預(yù)留運(yùn)量增長(zhǎng)條件,主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。線路等級(jí):地方鐵路I級(jí)(改建地段按工業(yè)企業(yè)Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì));正線數(shù)目:單線;限制坡度:15‰;機(jī)車(chē)類(lèi)型:SS4三機(jī);牽引質(zhì)量:6000t;到發(fā)線有效長(zhǎng)度:1050m;閉塞類(lèi)型:半自動(dòng);電氣化供電方案:牽引網(wǎng)供電方式采用AT供電方式。牽引變電所的分布方案見(jiàn)圖1,新設(shè)福興城牽引變電所和薛家灣、海子塔、沙圪堵、西營(yíng)子4座AT所。外部電源供電方案:由薛家灣220kV地區(qū)變電站和在建沙圪堵220kV地區(qū)變電站各出一回110kV線向福興城牽引變電所供電。2“v/v”和at方式純相線與其他線路的選擇區(qū)別準(zhǔn)東線周家灣至西營(yíng)子鐵路地處電源稀少地區(qū),又為開(kāi)行重載列車(chē)的線路,該線電氣化采用AT供電方式,供電能力強(qiáng)、電源投資少,適合本線牽引負(fù)荷和外部電源具體情況,所選擇供電方式是合理的。選擇牽引變壓器接線型式,要考慮對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序、諧波影響和牽引變壓器的容量利用率及方便運(yùn)營(yíng)管理等多方面的因素。采用110kV電源供電,依據(jù)其承受負(fù)序影響的能力大小,牽引變壓器接線型式按純單相變壓器“V”接線牽引變壓器、平衡變壓器(容量利用率均為100%)的順序選用。按照福興城牽引變電所的負(fù)荷和電源條件,純單相變壓器不能使用。國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的AT供電方式電氣化鐵道所使用的牽引變壓器類(lèi)型僅在大同鐵路分局采用,即大秦線上的斯科特接線、十字交叉(對(duì)頂三角)接線以及秦皇島牽引變電所的純單相接線。斯科特接線牽引變壓器屬平衡類(lèi)接線,抑制負(fù)序影響效果較好,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高;其AT供電方式牽引變電所的55kV饋線須設(shè)出口自耦(AT)變壓器,占地面積大、主接線復(fù)雜,投資較大,故不宜采用。十字交叉接線與Y/?接線牽引變壓器特性相同,負(fù)序影響只是純單相接線變壓器的一半,除容量利用率低(僅為75%)外,滯后相供電臂電壓受引前相負(fù)荷影響大。如果采用這種接線方式,牽引變壓器的安裝容量將是40MVA,比設(shè)計(jì)的V/X接線牽引變壓器容量31.5MVA大8.5MVA,僅每年基本電費(fèi)就多支出142.8萬(wàn)元,故亦不宜采用。V/X接線牽引變壓器與V/V接線牽引變壓器特性相同,負(fù)序影響與十字交叉接線一樣。雖然在國(guó)內(nèi)尚無(wú)使用先例,但是國(guó)內(nèi)直供方式V/V接線牽引變壓器已有幾十臺(tái)在使用,V/X接線是將V/V接線和AT方式純單相接線的技術(shù)進(jìn)行整合,在變壓器的設(shè)計(jì)和制造方面比斯科特、十字交叉接線都要簡(jiǎn)單。所以,福興城牽引變電所應(yīng)采用V/X接線牽引變壓器。3連接觸發(fā)源v的研究3.1v/x地下鐵芯結(jié)構(gòu)已應(yīng)用的直供方式V/V接線牽引變壓器是雙繞組變壓器,鐵芯型式有2種:其一為2個(gè)單相繞組的磁通各自獨(dú)立、2個(gè)鐵芯式單相變壓器共置于一個(gè)油箱的組合式(以下稱(chēng)組合式);其二是2個(gè)單相繞組的磁通相互關(guān)聯(lián)、中間柱無(wú)繞組的三鐵芯V接式(以下稱(chēng)三鐵芯式)。AT方式V/X接線牽引變壓器是三繞組變壓器,每相有2個(gè)次邊繞組,次邊繞組的匝數(shù)是V/V接線牽引變壓器的2倍。由于三鐵芯式牽引變壓器每相的原、次邊繞組只能套在一個(gè)鐵芯柱上,對(duì)于一定高度的鐵芯,次邊繞組匝數(shù)的增加會(huì)使得整個(gè)繞組直徑增大,不僅銅材使用量大、損耗大、漏磁大,而且使得油箱變寬,不利于變壓器油的對(duì)流散熱。因此V/X接線牽引變壓器鐵芯型式不宜采用三鐵芯式。組合式牽引變壓器每相的原、次邊繞組分布在2個(gè)鐵芯柱上,次邊繞組匝數(shù)的增加所帶來(lái)的影響要小得多。所以,V/X接線牽引變壓器的鐵芯型式采用組合式。3.2主供電源的選擇通常變電所中牽引變壓器的分接范圍是(110±2)×2.5%kV,但是福興城牽引變電所的主供電源即薛家灣220kV變電站距準(zhǔn)格爾發(fā)電廠僅1.5km,故選擇分接范圍是(110±13)×2.5%kV。3.3牽引變壓器采用自冷式與我國(guó)電氣化鐵道牽引供電設(shè)備的無(wú)維修和少維修、牽引變電所無(wú)人值班相配合,牽引變壓器正在趨向采用自冷式。牽引變壓器采用自冷式并預(yù)留風(fēng)冷條件,是做好近遠(yuǎn)期結(jié)合、增大牽引變壓器適用范圍、延長(zhǎng)使用時(shí)間的一項(xiàng)有利措施?？紤]到該鐵路是代管運(yùn)營(yíng)方式,因此選擇牽引變壓器采用自冷式。受投資限制,按照建設(shè)管理部門(mén)意見(jiàn)現(xiàn)采用風(fēng)冷式。3.4檢測(cè)、維修管理水平的提高采用低短路阻抗的牽引變壓器有利于電壓調(diào)整和功率因數(shù)提高,但短路電流大。隨著牽引供電設(shè)備的技術(shù)和檢測(cè)、維修管理水平的提高,大幅度地提高了設(shè)備耐受大短路電流的能力和減少了短路故障的發(fā)生幾率,低短路阻抗?fàn)恳儔浩饕言谕茝V應(yīng)用。另外,由于取消了牽引變電所出口AT變壓器,在變壓器的設(shè)計(jì)制造方面,各繞組間的阻抗匹配也要求采用較低的短路阻抗。本次設(shè)計(jì)采用短路阻抗電壓百分值為8.4%。3.5設(shè)置連接連接考慮牽引變電所合理布置的需要,并沿用YNd11接線牽引變壓器的習(xí)慣,設(shè)計(jì)端子標(biāo)志及連接示意圖見(jiàn)圖2。3.6牽引變壓器容量分配比例V/X接線牽引變壓器是由2臺(tái)單相變壓器組合而成的,福興城牽引變電所的牽引變壓器為16MVA+15.5MVA,以原邊繞組容量為16MVA的這臺(tái)單相變壓器為例研究各繞組容量分配,為了敘述方便,定義原邊繞組容量為S1;連接接觸網(wǎng)的次邊為T(mén)繞組,容量為S2;連接正饋線的次邊為F繞組,容量為S3;其供電范圍內(nèi)的牽引負(fù)荷容量為Sf;三個(gè)繞組中傳輸?shù)臓恳?fù)荷容量分別為S1f、S2f、S3f。不計(jì)牽引變壓器和牽引網(wǎng)損耗對(duì)傳輸容量的影響,由AT供電方式的電路特性可得以下關(guān)系式:總結(jié)以上4式,理論上最為經(jīng)濟(jì)的繞組容量分配約束條件為次邊繞組容量平均分配的比例為次邊繞組最大容量的分配比例為滿足式(7)的牽引變壓器,既能向AT方式牽引網(wǎng)供電,又能向直供方式牽引網(wǎng)供電,且不限制負(fù)載所處位置。當(dāng)牽引變壓器的容量足夠大(筆者認(rèn)為在40MVA以上)時(shí),技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面都應(yīng)滿足式(5);但對(duì)于容量較小的牽引變壓器,不僅技術(shù)上無(wú)法滿足式(5),而且由于電工產(chǎn)品的系列化、規(guī)格化,滿足式(5)會(huì)使得經(jīng)濟(jì)上反而不合理。當(dāng)AT方式供電臂中的負(fù)荷均勻時(shí),S2、S3的容量與該供電臂的總長(zhǎng)度以及第一個(gè)AT段的長(zhǎng)度有關(guān)。就準(zhǔn)東線設(shè)計(jì)的重載列車(chē)負(fù)荷情況,對(duì)于16MVA這樣小容量的牽引變壓器,如按照式(6)平均分配次邊繞組容量,S1∶S2∶S3=16∶8∶8,則T繞組會(huì)嚴(yán)重過(guò)載;如按照滿足式(5)的各繞組容量分配比例約為16∶10∶6,當(dāng)負(fù)荷分布不均勻時(shí),T繞組、F繞組都會(huì)過(guò)載,但是比平均分配次邊繞組容量合理;按照滿足式(7)的繞組容量分配比例為16∶16∶8,不限制負(fù)載,因該牽引變壓器不向直供方式牽引網(wǎng)供電,所以會(huì)造成T繞組容量浪費(fèi)。結(jié)合本線的具體情況,選擇繞組容量分配比例為S1∶S2∶S3=100∶75∶50,即16∶12∶8。3.7u3000地震情報(bào)電路應(yīng)用上述研究結(jié)果,制定的福興城牽引變電所V/X接線牽引變壓器的主要技術(shù)參數(shù)如下?！ゎ?lèi)型:戶外、油浸、風(fēng)冷?！ゎ~定電壓高壓:(110±13×2.5%)kV(各電壓抽頭均保證全容量,無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓);低壓:2×27.5kV?！ゎ~定容量110kV側(cè):AB繞組16MVA,BC繞組15.5MVA;27.5kV側(cè):T繞組12.0MVA,F繞組8.0MVA?！は鄶?shù):三相?！ゎl率:50Hz?！O性:減極性?！みB接組標(biāo)號(hào):Ii0i12+Ii0i12?！ざ搪纷杩闺妷喊俜直?8.4%。即阻抗電壓為16MVA,要求Z21=Z31,并(-Z23-1+3Z21+Z31)/4<0.45?(代替出口AT)。其中:Z21為一次側(cè)短路后從二次側(cè)(T繞組)看到的阻抗。Z31為一次側(cè)短路后從三次側(cè)(F繞組)看到的阻抗。Z23-1為一次側(cè)短路后從二、三次側(cè)繞組串聯(lián)回路兩端看到的阻抗?！p耗空載時(shí)≤25kW,負(fù)載時(shí)≤140kW。4牽引變質(zhì)系統(tǒng)接觸網(wǎng)采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈形懸掛方式,考慮機(jī)車(chē)交路中受電弓滑板匹配要求,選擇接觸線與相鄰的大準(zhǔn)電氣化鐵道一致,采用鋼鋁電車(chē)線,正線接觸線為GLCN-250,站線接觸線為GLCN-195。正線承力索為L(zhǎng)BGLJ-120,站線承力索為L(zhǎng)BGJ-70。牽引變電所供電線為2×LGJ-185,AT所供電線為L(zhǎng)GJ-185;正饋線為L(zhǎng)GJ-185?；亓飨到y(tǒng)采用冗余技術(shù),牽引變電所N線為2×LGJQ-240,AT所N線為2×LGJ-185,保護(hù)線為L(zhǎng)GJ-120。牽引變電所兩相母線T-N間各設(shè)一套補(bǔ)償度為0.12的常規(guī)L-C并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置,其中引前相母線T-N間還設(shè)了可調(diào)電抗器,用于吸收過(guò)剩無(wú)功以提高功率因數(shù)。牽引變電所采用Dyn11接線27.5/0.4kV的所用變壓器,原邊連接于F1、F2、N母線,不僅用于提供所用三相交流電源,而且可改善牽引變壓器輸出電壓波形。5省讓新設(shè)置電分相及減輕電子at等方式的變壓器2004年初,當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)薛家灣供電局以薛供函5號(hào)文《關(guān)于選用V系列變壓器的復(fù)函》批復(fù),同意新建福興城牽引變電所使用V系列牽引變壓器,準(zhǔn)東線周家灣至西營(yíng)子區(qū)段的鐵道電氣化將于2004年10月份開(kāi)通。準(zhǔn)東線周西段電氣化擴(kuò)能改造工程采用AT供電方案,一次投資、基本電費(fèi)支出及近、遠(yuǎn)期結(jié)合方面與直供方案相比優(yōu)勢(shì)明顯,并避免了在大坡道上設(shè)置電分相的問(wèn)題。福興城牽引變電所采用本文研究的V/X接線這種博采眾長(zhǎng)的新型AT方式牽引變壓器,與斯科特接線牽引變壓器相比,可節(jié)省出口自耦(AT)變壓器;與十字交叉接線牽引變壓器相比,容量利用率高,供電臂電壓水平高;與純單相接線牽引變壓器相比,可使負(fù)序影響減少一半。將V/X接線牽引變壓器的其中一個(gè)繞組恢復(fù)成直供方式,則會(huì)構(gòu)成V系列另一個(gè)接線型式V/y接線(注:取y之形,與常規(guī)的y表示