模塊3 變壓器及整流原理《城市軌道交通供電》教學課件

《城市軌道交通供電》?精品課件合集第X章XXXX模塊3

變壓器及整流原理變壓器及整流原理

二、變壓器的極性和組別

一、變壓器基礎知識

四、電力變壓器繼電保護三、城市軌道交通供電系統(tǒng)干式變壓器變壓器及整流原理

六、牽引供電系統(tǒng)整流原理五、整

流

原

理

八、城市軌道交通供電系統(tǒng)變壓器和整流器的技術(shù)要求及選擇七、整流器功率因數(shù)九、變壓器運行與維護第一節(jié)變壓器基礎知識

城市軌道交通供電系統(tǒng)是一個比較復雜的系統(tǒng)，它有各種各樣的變電所組成，包括主變電所、牽引變電所和降壓變電所。主變電所負責從國家電力系統(tǒng)獲取電能，并把電能轉(zhuǎn)換成所要求的形式，主要起接受、改變電能形式和分配的作用。牽引變電所負責從主變電所獲取電能，并把電能轉(zhuǎn)換成所要求的形式，主要起接受、整流、分配的作用，主要負責向動車組供電。降壓變電所，也是從主變電所獲取電能，但主要面向動力照明、信號等系統(tǒng)供電。不同種類的變電所內(nèi)有不同的變壓器，因此為了了解城市軌道交通供電系統(tǒng)就必須對變壓器有所了解。此外牽引供電系統(tǒng)還要把交流變換成直流，因此還必須了解整流的基礎知識。

變電所的核心設備是變壓器。變壓器是一種靜止電機，它可以將一種電壓的電能轉(zhuǎn)換為另一種電壓的電能。根據(jù)變壓器的用途和使用的場合，分為電力變壓器、整流變壓器、測量及儀表用變壓器等多個種類。電力變壓器包括升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等。第一節(jié)變壓器基礎知識一、變壓器的工作原理及類型

1.變壓器的工作原理如圖3.1所示，變壓器一般由一個鐵芯和兩個繞組。鐵芯提供磁通的閉合路徑。兩個繞組：一次側(cè)繞組（原邊）N1，二次側(cè)繞組（副邊）N2。當一次繞組接交流電壓后，電流i0，該電流在鐵芯中產(chǎn)生一個交變的主磁通

。

在兩個繞組中分別產(chǎn)生感應電勢和。如果略去繞組電阻和漏抗壓降，則

＝＝

＝kk定義為變壓器的變比。第一節(jié)變壓器基礎知識一、變壓器的工作原理及類型2.變壓器的類型變壓器除了按以上用途分類外，還可以按相數(shù)、繞組數(shù)目、鐵芯形式、冷卻方式等特征分類。按相數(shù)劃分，有單相、三相和多相等；按繞組數(shù)劃分，有雙繞組、自耦、三繞組和多繞組；按鐵芯形式劃分，有芯式和殼式（見圖3.2）；按調(diào)壓方式劃分，有無載調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器；按冷卻方式劃分，有干式和油浸式等。油浸式變壓器一般又分為自然冷卻、風冷卻和強迫風冷卻。風冷卻，在散熱器上安裝風扇；強迫風冷卻，在風冷卻的基礎上還裝有潛油泵，以促進循環(huán)。此外，對于大型變壓器還采用強迫油循環(huán)風冷卻、強迫油循環(huán)水冷卻。干式變壓器繞組置于氣體中（一般置于空氣或六氟化硫氣體中），或是澆注環(huán)氧樹脂絕緣。目前，在城市軌道交通供電系統(tǒng)牽引變電所多采用澆注環(huán)氧樹脂絕緣。第一節(jié)變壓器基礎知識一、變壓器的工作原理及類型3.變壓器的型號變壓器的型號分為兩部分：前半部分由漢語拼音字母組成，代表變壓的類別、結(jié)構(gòu)特征和用途；后半部分由數(shù)字組成，表示變壓器的容量和高壓線圈的電壓等級。第一部分表示相數(shù)，D表示單相，S表示三相。第二部分表示冷卻方式，J表示油浸自冷；F表示油浸風冷；FP表示強迫油循環(huán)風冷卻；SP表示強迫油循環(huán)水冷卻。第三部分表示電壓等級，S表示三級電壓；無S表示兩級電壓。其他：O表示全絕緣；L表示防雷；Z表示有載調(diào)壓。此外AN表示干式自冷卻；AF表示干式風冷卻；ONAN表示油浸自冷卻；ONAF表示油浸風冷卻；OFAF表示強油風冷卻；OFWF表示強油水冷卻，后兩種方式一般應用于高壓大型變壓器。第一節(jié)變壓器基礎知識二、結(jié)構(gòu)（電力變壓器）及參數(shù)變壓器主要部件是繞組和鐵芯（器身）。繞組是變壓器的電路，鐵芯是變壓器的磁路。二者構(gòu)成變壓器的核心即電磁部分。除了電磁部分，還有油箱、冷卻裝置、絕緣套管、調(diào)壓和保護裝置等部件。

1.鐵芯和繞組鐵芯形式：變壓器的鐵芯形式有芯式和殼式結(jié)構(gòu)兩種，芯式結(jié)構(gòu)又稱內(nèi)鐵式，殼式又稱外鐵式，如圖3.3所示。

鐵芯柱截面形狀：小型變壓器做成方形或者矩形，而大型變壓器做成階梯形。容量大則級數(shù)多。一般用絕緣扁（a）芯式

（b）殼式圖3.3芯式和殼式結(jié)構(gòu)1—鐵芯；2—繞組第一節(jié)變壓器基礎知識銅線或圓銅線在繞線模上繞制而成。繞組套裝在變壓器鐵芯柱上，低壓繞組在內(nèi)層，高壓繞組套裝在低壓繞組外層，以便于絕緣，如圖3.4所示。

繞組：繞組通常采用絕緣銅線繞制而成，有時候也用鋁線。匝數(shù)多者為高壓繞組，匝數(shù)少者為低壓繞組。按高壓繞組和低壓繞組的排列位置的不同，又分為同芯式和交疊式。同心式是把一次、二次繞組分別繞成不同直徑的圓筒形成線圈套裝在鐵芯柱上。高壓繞組和低壓繞組之間用絕緣材料相互隔開。為便于絕緣和高壓繞組抽頭，一般將高壓繞組放在外邊。（a）四片式鐵芯交疊方法

（b）六片式鐵芯每層排列法圖3.4交疊方法第一節(jié)變壓器基礎知識2.油、油箱、冷卻、安全裝置油浸式變壓器（見圖3.5）器身裝在油箱內(nèi)，油箱內(nèi)充滿變壓器油。變壓器油是一種礦物油，具有很好的絕緣性能。變壓器油起兩個作用：①在變壓器繞組與繞組、繞組與鐵芯及油箱之間起絕緣作用；②變壓器油受熱后產(chǎn)生對流，對變壓器鐵芯和繞組起散熱作用。圖3.5油浸式變壓器1—銘牌；2—信號式溫度計；3—吸濕器；4—油表；5—儲油柜；6—安全氣道；7—氣體繼電器；8—高壓套管；9—低壓套管；10—分接開關；11—油箱；12—放油閥門；13—器身；14—接地板；15—小車

第一節(jié)變壓器基礎知識3.變壓器的額定值（1）額定電壓U1N和U2N。單位為V或者

kV。U1N為正常運行時一次側(cè)應施加的電壓。U2N為二次側(cè)額定電壓，它是二次側(cè)處于空載狀態(tài)時的電壓。三相變壓器中，額定電壓指的是線電壓。（2）額定容量SN。單位為V·A、kV·A、MV·A，SN為變壓器的視在功率。通常把變壓器1、2次側(cè)的額定容量設計為相同。額定容量對變壓器的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)影響很大。變壓器的額定容量也與電壓等級密切相關。電壓低，容量大時，電流就大，損耗也大；電壓高，容量小時，因絕緣比例過大，變壓器的結(jié)構(gòu)尺寸就相對增大。一般情況下，電壓高，容量大；電壓低，容量小。第一節(jié)變壓器基礎知識（3）額定電流I1N和I2N單位為A、kA。在三相變壓器中均代表線電流。對單相：

I1N＝

，I2N＝

（3.3）對三相：I1N＝

，I2N＝

（3.4）（4）額定頻率fN。單位為Hz，fN＝50

Hz。第二節(jié)

變壓器的極性和組別變壓器在運行時，根據(jù)不同的需要，把原、次邊連接成不同的形式。連接組別表示變壓器各相的連接方式和一、二次線電壓的相位關系。三相變壓器一、二次采用不同連接時，將會出現(xiàn)不同的連接組別。三相線圈主要有星形連接（Y）、三角形連接（D）兩種連接方式。根據(jù)變壓器初、次級線圈線電壓的相位關系，把變壓器線圈的連接分成各種不同的組合，稱為線圈的連接組。為了區(qū)別不同的連接組，常采用時鐘表示法，即把高壓側(cè)線電壓的向量作為時鐘的長針，固定在12點上，以低壓側(cè)線電壓的向量作為時鐘的短針，看短針指在哪一個數(shù)字上，就作為該連接組的組別號。三相連接組的組號，與線圈的連接、繞向和線圈的標法有關，可以連接成12個組號。第二節(jié)

變壓器的極性和組別一、單相變壓器的極性如果單相變壓器的一次、二次線圈的繞向相同，則該變壓器呈現(xiàn)減極性，如圖3.6所示，UA與Ua差0°（即一次和二次相差0°）圖3.6線圈減極性繞法及向量第二節(jié)

變壓器的極性和組別一、單相變壓器的極性如果單相變壓器的一次、二次線圈的繞向相反，則該變壓器呈現(xiàn)加極性，如圖3.7所示，UA與Ua差180°（即一次和二次相差180°）圖3.7線圈加極性繞法及向量第二節(jié)

變壓器的極性和組別二、三相變壓器的組別三相變壓器一、二次側(cè)線電壓間的夾角取決于線圈的連接法，二次線電壓落后一次線電壓的角度有30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°、360°十二種，分別對應為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12點接線，常用的主要接線組別有：（1）一次、二次線圈的繞向相反。一次接線為Y，二次接線為y（或有零線），可呈現(xiàn)出6點接線，如圖3.8所示。圖3.8Y,yn6點接線第二節(jié)

變壓器的極性和組別二、三相變壓器的組別（2）一次、二次線圈的繞向相同，一次接線為Y，二次接線為y（或有零線），可呈現(xiàn)出12點接線，如圖3.9所示。圖3.9Y,yn12點接線第二節(jié)

變壓器的極性和組別二、三相變壓器的組別（3）一次與二次線圈繞向相同時，一次接線為Y，二次接線為d，可呈現(xiàn)11點接線（或1點接線），如圖3.10所示。（a）

（b）圖3.10Y,d11點（或Y,d1點）接線第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

干式變壓器1965年德國T.U公司生產(chǎn)了第1臺環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器，采用鋁導體線圈，外層以環(huán)氧樹脂做絕緣，解決了空氣絕緣干式變壓器絕緣強度不高的問題。環(huán)氧樹脂是一種不燃的固體絕緣材料，這樣的干式變壓器具有絕緣強度高、不會燃燒爆炸、無需保養(yǎng)維修、環(huán)保等優(yōu)點，在世界范圍尤其是歐洲迅速得到了廣泛的應用。在短短的30年中，環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器在技術(shù)、工藝和材料上不斷進步，成為變壓器家族中非常重要的分支。現(xiàn)在的環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器大多采用銅導體線圈，以絕緣等級為F級或H級的樹脂真空澆注而成。在降低損耗、減小噪音、提高可靠性、增大單臺容量等方面不斷取得新的進展。今天，在城市建筑、交通、能源、化工等多種場所，環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器的應用已經(jīng)相當廣泛和普遍，由于不同使用技術(shù)的要求，環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器又發(fā)展出配電變壓器、電力變壓器、隔離變壓器、整流變壓器、電爐變壓器、勵磁變壓器、牽引整流變壓器等種類。第三節(jié)

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干式變壓器一、分類與特點干式變壓器是防災型變壓器用量最大的一種。干式變壓器的鐵芯和繞組都不浸在任何液體中，一般適用于安全防火要求較高的場合。目前制造技術(shù)已成熟，國內(nèi)外許多工廠能大批量生產(chǎn)。國內(nèi)外產(chǎn)量最大的工廠干式變壓器年生產(chǎn)量已分別超過3

000

MV·A（國外）和2

000

MV·A（國內(nèi)）。它適應高污穢、高溫、潮濕的環(huán)境，具有阻燃、難燃、無公害、免維護等的優(yōu)點，因而用量很大。目前，干式變壓器最高電壓等級已達35

kV，最大容量為20

MV·A。干式變壓器按不同特點分為以下幾種：第1種是開啟式，器身與大氣相聯(lián)通，適用于干燥而潔凈的室內(nèi)環(huán)境，由于空氣的絕緣強度和散熱性比油差，所以空氣作為絕緣的干式變壓器用于公共建筑物、車間等場合；第2種是封閉式，與大氣不相聯(lián)通，可用于更為惡劣的環(huán)境，一般充以絕緣強度和散熱能力勝于空氣的其他氣體，如充以2～3個大氣壓的六氟化硫并加以強迫循環(huán)；第3種是澆注式，用環(huán)氧樹脂澆注作為主絕緣，其結(jié)構(gòu)簡單，體積小。第三節(jié)

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干式變壓器一、分類與特點

1.浸漬式干式變壓器該種變壓器生產(chǎn)歷史最長，制造工藝也比較簡單。導線采用玻璃絲包，墊塊用相應的絕緣等級材料熱壓成型。隨浸漬漆的不同，變壓器絕緣等級分為B、F、H、C級，主縱絕緣的空道全部以空氣為絕緣物質(zhì)。由于此種變壓器受外界環(huán)境的影響比樹脂大，在國內(nèi)外產(chǎn)量均趨于減少。2.樹脂干式變壓器樹脂干式變壓器分為四種結(jié)構(gòu)：樹脂加填料澆注、樹脂澆注、樹脂繞包、樹脂真空壓力浸漬。雖然采用的設備投資大，但安裝、維護費用低。第三節(jié)

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干式變壓器二、樹脂澆注式干式變壓器的特點（1）無油、無污染、難燃阻燃、自熄防火。IEC60076—11標準制定了兩種耐火等級F0級和F1級。F0級為規(guī)定耐火性能，不采取特殊措施。F1級有火災危險的變壓器，能限制燃燒的發(fā)生，盡可能減小有毒物質(zhì)和黑煙的排放。（2）絕緣溫升等級高：F級絕緣，變壓器溫升可達100

K（熱力學溫標）。采用絕緣溫升等級高的絕緣材料。（3）損耗低、效率高。（4）噪聲小，通常可控制在50

dB以下。（5）局部放電量小，可靠性高，可保證長期安全運行，壽命達30年。（6）抗裂、抗溫度變化，機械強度高，抗突發(fā)短路能力強。（7）防潮性能好，可在100%

濕度下正常運行，停運后不需干燥處理即可投入運行。第三節(jié)

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干式變壓器二、樹脂澆注式干式變壓器的特點（8）體積小、重量輕，據(jù)有關人士統(tǒng)計，油變的外形尺寸為干變的2倍多。（9）不需單獨的變壓器室，不需吊芯檢修及承重梁，節(jié)約土建占地和占空；因無油，不會產(chǎn)生有毒氣體，不會對環(huán)境造成污染，不需要集油坑等附屬建筑，減少了土建造價。（10）安裝便捷，無須調(diào)試，幾乎不需維護；無須更換和檢查油料，運行維護成本低。（11）配備有完善的溫度保護控制系統(tǒng)，為變壓器安全運行提供可靠保障。從低噪、節(jié)能、防火、節(jié)省土建造價、運行維護管理費以及長達30年的壽命等綜合技術(shù)經(jīng)濟性能比較，干式變壓器顯現(xiàn)出其明顯的優(yōu)越性。第三節(jié)

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干式變壓器三、干式變壓器結(jié)構(gòu)具有無油、免維修、難燃防火、環(huán)保等優(yōu)點的干式變壓器一般由線圈繞組、鐵芯、器身及其他輔件組成，下面以環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器為例介紹干式變壓器的結(jié)構(gòu)特點：1.線圈部分干式變壓器的繞組結(jié)構(gòu)基本上與油浸式變壓器相同，多采用圓筒式，較大容量的干式變壓器繞組可采用餅式。干式變壓器在繞組外加上非油絕緣介質(zhì)，以增加線圈的絕緣性能，環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器就是用環(huán)氧樹脂為絕緣材料，以澆注的方式與繞組一起固化，從而減少變壓器線圈的體積。一般情況下，干式變壓器的高壓繞組（線圈）在圓筒的外測，低壓繞組（線圈）在內(nèi)測，高壓繞組和低壓繞組之間是冷卻氣道，高壓繞組和低壓繞組共同纏繞在鐵芯上。第三節(jié)

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干式變壓器三、干式變壓器結(jié)構(gòu)2.鐵芯及器身部分干式變壓器的鐵芯除了作為主磁通的通道外，還作為變壓器線圈、器身及其他組件的主要支撐件。所以鐵芯一方面是通過多片硅鋼片疊片減少渦流損耗，另一方面利用緊固件、支撐件增加鐵芯的強度和剛度，同時也減少鐵芯噪聲的產(chǎn)生。一臺干式變壓器，最基本的結(jié)構(gòu)，除了線圈繞組和鐵芯以外，還要有器身部分，它主要包括出線端子、變壓器底座以及接地結(jié)構(gòu)等，以方便用戶安裝和固定，保證用戶的使用安全。第三節(jié)

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干式變壓器三、干式變壓器結(jié)構(gòu)3.輔件（風機、外殼、溫控器、溫顯儀、有載開關等結(jié)構(gòu)輔件）根據(jù)不同的用戶、不同的使用環(huán)境、不同的工作要求，干式變壓器可以增加不同的組件。如：根據(jù)不同的用戶高、低壓接口要求，增加不同形式的出線端子結(jié)構(gòu)（如側(cè)出線，封閉母線等）；根據(jù)不同的環(huán)境和運行工況，為提高負載能力和降低變壓器溫升，增加冷卻設備，目前一般多采用風機冷卻，風機冷卻一般安裝在底座上，在鐵芯和繞組的下方，風機產(chǎn)生的冷卻氣體通過氣道冷卻繞組及鐵芯，并把熱氣體向上排出；根據(jù)使用環(huán)境的差異或用戶的要求，增加保護外殼，以提高變壓器的防護等級，增強變壓器對外部環(huán)境的適應能力；為實現(xiàn)變壓器的智能監(jiān)控，滿足在任何時刻對變壓器實施溫度控制，變壓器一般都加裝溫度控制設備；對供電質(zhì)量要求較高的用戶，需要變壓器要電網(wǎng)電壓波動較大，變壓器負載的狀態(tài)下切換變壓器分接位置改變壓器變比以實現(xiàn)低壓輸出電壓穩(wěn)定，有載調(diào)壓開關就可以滿足要求，一般有載調(diào)壓開關有兩種型式：真空開關和空氣開關，一般都選擇真空開關。第三節(jié)

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干式變壓器四、制造過程1.線圈制造干式變壓器的制造中，生產(chǎn)周期最長的就是線圈部分。它由導線與絕緣材料組成。環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器主要經(jīng)過繞制、干燥、樹脂真空澆注、固化、打磨、試驗等過程，才能送到下一裝配工序。線圈的好壞與繞制的正確性，絕緣材料和導線的質(zhì)量，固化的工藝有十分密切的關系。2.鐵芯制造為減少渦流損耗，鐵芯多采用冷軋有取向低損耗硅鋼片，多片疊裝的形式。硅鋼片經(jīng)過剪片機剪制成型，按一定順序疊成鐵芯后，以緊固件壓緊，檢驗無操作問題后才進入下一裝配工序。第三節(jié)

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干式變壓器四、制造過程3.器身裝配當線圈和鐵芯準備就緒后，開始總裝配，將線圈裝入鐵芯并固定，加裝器身部分。這一裝配工序必須小心，以防造成不必要的損壞，或因器身裝配時不夠牢固而在運行過程中產(chǎn)生過多的噪音。為滿足用戶的多方面要求，往往在變壓器基本的結(jié)構(gòu)外增加其他相應的組件，如特殊的出線端子（側(cè)出線，封閉母線）、風機、外殼、溫控器、有載調(diào)壓開關等。第三節(jié)

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干式變壓器五、試

驗

1.出廠試驗

2.型式試驗

3.特殊試驗

4.局部放電試驗第三節(jié)

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干式變壓器六、干式變壓器的選用干式變壓器的選用要首先根據(jù)負荷計算來確定變壓器容量和臺數(shù)，然后根據(jù)工程具體情況，環(huán)境、系統(tǒng)特點、運行要求等確定變壓器的性能參數(shù)。（1）二次額定電壓的確定。一般根據(jù)電力網(wǎng)系統(tǒng)和用戶的要求。（2）聯(lián)結(jié)組別的確定。配電變常有D,yn11，Y,yn0等聯(lián)結(jié)組別，推薦選用D,yn11。（3）其他。如短路阻抗等，這些性能參數(shù)都可以從制造廠的樣本、手冊中查到，根據(jù)工程情況予以確定。（4）調(diào)壓方式。主要考慮采用何種調(diào)壓方式、調(diào)壓范圍如何等問題。通常采用無勵磁調(diào)壓，即一、二次側(cè)均切斷電源時，在高壓側(cè)人工進行調(diào)壓，分接范圍常用±2×2.5%。若要求電源電壓穩(wěn)定，可選用有載自動調(diào)壓，即通過有載調(diào)壓開關、自動調(diào)整高壓分接頭，以保持輸出電壓的穩(wěn)定，分接范圍常用±4×2.5%。（5）其他配置的選擇。是否配外殼，是否帶風機（強迫風冷），是否配溫度控制箱，是否帶溫度顯示器等，上述這些附件的功能，各制造廠樣本上均有說明，可酌情選擇配置。第三節(jié)

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干式變壓器七、選型中的幾個技術(shù)問題1.強迫風冷變壓器的額定容量是在自然空氣冷卻下長期運行的容量，在應急情況下，啟動強迫風冷系統(tǒng)可使變壓器在1.5倍額定容量下運行。2.防護方式選用外殼，可防小動物（鼠、蛇、貓、雀等）和直徑大于12

mm固體異物進入，防止短路停電等惡性事故的發(fā)生。3.溫度顯示控制系統(tǒng)干式變壓器的溫度顯示控制系統(tǒng)實現(xiàn)對運行溫度的監(jiān)測及報警跳閘控制，為使干式變壓器安全運行、延長使用壽命。其主要功能如下：風機自動控制：負荷增大，變壓器運行溫度上升，當繞組溫度達某一數(shù)值（一般整定為110

C），系統(tǒng)自動啟動風機冷卻；當繞組溫度降低至某一數(shù)值（一般整定在90

C）時，系統(tǒng)自動停止風機。110

C

──

風機啟動；90

C

──

風機停止。第三節(jié)

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干式變壓器七、選型中的幾個技術(shù)問題超溫報警、跳閘：運行中，若干變溫度繼續(xù)升高，當達到F級絕緣所能耐受的極限155

C時，系統(tǒng)輸出超溫報警信號；若溫度再上升達某值（通常整定在170

C），變壓器已不能繼續(xù)運行，系統(tǒng)輸出超溫跳閘信號，迅即切斷干變電源。155

C

──

告警；170

C

──

跳閘。溫度顯示：可隨時顯示各相繞組溫度，常用數(shù)字顯示，還可用4～20

mA輸出，也可配計算機接口，遠傳顯示及報警。4.高壓進線最普遍的方式為電纜下部進線，制造廠加電纜支架；配線走電纜橋架時，可由上部進線。低壓出線方式及其接口配合。電纜：容量?。ㄒ话?00

kV·A以下），電流小，導線截面小，均采用電纜出線。常規(guī)設銅排出線端子，上接引出線為多。第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

干式變壓器七、選型中的幾個技術(shù)問題5.橫排側(cè)出線干式變壓器沒有油，也就沒有火災、爆炸、污染等問題，因此干式變壓器可與低壓屏置于同一配電室內(nèi)，并可與低壓屏并列布置在一起。變壓器可采用橫排側(cè)向出線與低壓屏母排直接連接。立排側(cè)出線：若母線排為豎向布置的低壓屏時，變壓器可提供立排側(cè)向出線，變壓器的出線在柜內(nèi)直接與低壓屏母排連接。進出線經(jīng)過這些處理后，外表就見不到裸母線，使整個配電室整齊美觀，并使用電更安全可靠。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護一、變壓器的狀態(tài)及保護1.變壓器的故障變壓器的故障一般分為兩種：一是油箱內(nèi)部故障；二是油箱外部故障。油箱內(nèi)部故障：各項繞組之間的相間短路；單項繞組部分線匝之間的匝間短路；單項繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障。油箱外部故障：引出線的相間短路；絕緣套管閃爍或破壞引出線通過外殼發(fā)生的單相接地短路。2.變壓器不正常工作狀態(tài)外部短路或過負荷引起的過電流；油箱漏油造成油面降低；變壓器中性點接地；外加電壓過高或頻率降低引起的過勵磁等。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護一、變壓器的狀態(tài)及保護3.應裝設的繼電保護裝置（1）瓦斯保護。一般有重瓦斯和輕瓦斯保護，防御變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低。輕瓦斯給出信號；而重瓦斯則會引起跳閘，直接切斷電源，應用于油浸式變壓器。對于城市軌道交通系統(tǒng)變壓器，由于采用干式變壓器，因此不設瓦斯保護。（2）縱差動保護和電流速斷保護。防御變壓器繞組和引出線的多相短路、大電流接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路，是城市軌道交通系統(tǒng)變壓器主要的保護形式。（3）相間短路的后備保護。作為（1）、（2）的后備，一般設置過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護和負序過電流、零序電流保護、過負荷保護、過勵磁保護。零序電流保護用于防御大電流接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路。這也是城市軌道交通系統(tǒng)變壓器必須安裝的保護形式。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護二、變壓器差動保護1.變壓器縱聯(lián)差動保護基礎知識（1）變壓器縱聯(lián)差動保護。是利用比較變壓器兩側(cè)電流的幅值和相位的原理構(gòu)成的。把變壓器兩側(cè)的電流互感器按差接法接線，在正常運行和外部故障時，流入繼電器的電流為兩側(cè)電流之差，其值接近為零，繼電器不動作；在內(nèi)部故障時，流入繼電器的電流為兩側(cè)電流之和，其值為短路電流，繼電器動作。由此可見，變壓器兩側(cè)電流互感器的接線正確與否，將直接影響到縱聯(lián)差動保護的動作可靠性。將三相變壓器連接組別的概念及其測試方法引入兩側(cè)電流互感器的接線，可以在投運前有效地保證變壓器縱聯(lián)差動保護電流回路的接線正確。圖中符號下標為1的表示互感器原邊電流，符號下標為2的表示互感器次邊電流。帶△下標的表示三角形接線；nL1表示變壓器一次側(cè)的電流互感器的變比；nL2表示變壓器二次側(cè)的電流互感器的變比；nb表示變壓器自身的變比。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護二、變壓器差動保護（2）三相連接組與線圈同名端。由于變壓器的初、次級線圈被同一磁道所交鏈，故初、次級線圈的感應電勢有一定的極性關系，即當初級線圈的某一端瞬時電位為正時，次級線圈也必有一電位為正的對應端，這兩個對應的同極性端點稱為同名端。（3）變壓器縱聯(lián)差動保護電流回路的接線特點。在電力系統(tǒng)中，雙繞組變壓器通常采用Y,d11的接線方式，如圖3.11（a）所示，因此，兩側(cè)電流的相位不一致，d側(cè)電流比Y側(cè)電流超前30°，如圖3.11（b）所示。按照縱聯(lián)差動保護的構(gòu)成原理，在正常運行和變壓器外部故障的情況下，必須保證流入差動繼電器的電流接近于零。為此，兩側(cè)CT（電流互感器）應采取相應的接線方式，即變壓器Y側(cè)的CT采用Y,d5接線；則變壓器d側(cè)的CT采用Y,y12接線。對Y,d11接線的變壓器，當兩側(cè)的CT采用上述接線方式后，即可認為已消除了由于相位差的影響而出現(xiàn)的不平衡電流。同時，也可以認為能夠避免由于電流回路接線不當而引起的保護誤動。Y,d11變壓器兩側(cè)CT的接線方式及向量關系如圖3.11（b）、（c）、（d）所示。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護二、變壓器差動保護（4）組別測試方法在電流回路接線中的應用。首先，確定變壓器兩側(cè)各相CT的極性。選取從高壓側(cè)至低壓側(cè)為一次電流正方向，采用直流法，分別對兩側(cè)每相CT測試極性，標記CT二次線圈同名端。第二，將兩側(cè)CT二次線圈連成三相組。對變壓器Y側(cè)三相CT二次線圈按照A相非同名端與B相同名端相連接、從節(jié)點引出iA的方式，依次連接并引出iB、iC，形成d接線；對變壓器d側(cè)CT的二次線圈，先將三相非同名端相互連接，引出中性線，再分別從同名端引出ia、ib、ic，形成Y0接線。如圖3.11（a）所示。第三，測試三相CT組別。分別將變壓器兩側(cè)三相CT一次線圈的電流流出端短接，使三相CT一次線圈形成Y連接；按照變壓器組別試驗的方法，分別對高、低壓側(cè)CT進行組別測試，CT二次回路的測試點最好選擇在保護屏端子排處。如果測試結(jié)果分別為Y,d5和Y,y12，則說明接線正確；否則，則應按照上述步驟重新進行檢查與核對。該接線方法，既適用于雙繞組變壓器，也適用于三繞組變壓器，可以在現(xiàn)場將CT組別測試作為縱聯(lián)差動保護投運前的必試項目。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護

（a）

（c）

（d）

（b）圖3.11Y,d11變壓器兩側(cè)CT的接線方式及向量關系第四節(jié)

電力變壓器繼電保護

2.主變壓器差動保護介紹主變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的設備，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重影響，特別是大型主變更是很貴重的設備。變壓器內(nèi)部的某些故障如匝間短路、鐵芯絕緣損壞等，雖然最初故障電流較小，但對于油浸式變壓器產(chǎn)生的電弧將引起變壓器內(nèi)部的絕緣油分解，會產(chǎn)生可燃性氣體，嚴重時引起噴油或爆炸。為避免主變事故的擴大，要求變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時應迅速切斷電，使其退出運行。主變的過電流保護具有一定時限、動作不夠迅速，變壓器速斷保護雖動作迅速，但動作電流整定較大，對于輕微的內(nèi)部故障不能反應。而且在變壓器內(nèi)部，靠近二次側(cè)出線處還存在“死區(qū)”（即速斷保護保護不到的地方）。因此規(guī)定，對于大容量的主變壓器應裝設電流差動保護。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護（1）電流差動保護的原理。如圖3.12和圖3.13分別表示變壓器外部故障和變壓器內(nèi)部故障時的電流分布。圖3.12表示，當變壓器外部故障時，流入繼電器的電流是變壓器一、二次側(cè)的兩個電流之差。如果適當選擇一、二次側(cè)的電流互感器，使變壓器流過穿越性電流時，在一、二次變壓器的副邊出現(xiàn)接近相等的電流，則流入繼電器的電流接近于零，繼電器不會動作。在主變發(fā)生內(nèi)部故障時，可能有兩種情況：一種是變壓器只一側(cè)加有電源，流入繼電器的電流僅為IL1。如果故障電流足夠大，IL1足以使差動繼電器動作；另一種是如果主變兩側(cè)都有電源，則就有兩個電流流入變壓器I1、I2，該兩電流方向相反，但通過變流器后則為同方向流入差動繼電器，即流入繼電器的是兩個電流相加，足以使繼電器動作。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護圖3.12變壓器外部故障

圖3.13變壓器內(nèi)部故障I1、I2—變壓器原邊電流；IL1、IL2—電流互感器次邊電流

第四節(jié)

電力變壓器繼電保護（2）電流差動保護的接線方式。實際上大容量高電壓的變壓器通常按Y,d接線，即高壓側(cè)接成星形、低壓側(cè)接成三角形，見圖3.14對于三角形接線側(cè)，由于線電流和相電流之間不僅大小相差

倍，而且電流的相位角也偏離了30

。若變壓器一、二次兩側(cè)的變流器都接成星形，即使主變壓器發(fā)生外部故障，但由于一、二次兩側(cè)電流存在相位差，此時也會有一個相當大的電流流入差動繼電器而使繼電器誤動作。正常運行或外部故障時，

，所以兩側(cè)的CT變比不同，且應使IL1＝IL2，由于IL1＝

，IL2＝

。所以：

或

。nL1和nL2分別為變壓器原邊電流互感器和次邊電流互感器的變比。即，按相實現(xiàn)的縱聯(lián)差動保護，其電流互感器變比的選擇原則是兩側(cè)CT變比等于變壓器的變比。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護（3）不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法。理論上，正常運行和區(qū)外故障時，Ij＝IL1－IL2＝0。實際上，很多因素使Ij＝Ibp≠0。（Ibp為不平衡電流）。下面討論不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法。其主要原因有以下五個。①由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流：對于Y,d11接線方式

──

兩側(cè)電流的相位差30°。采取的消除措施是進行相位校正。方法是變壓器Y側(cè)CT電流互感器（二次側(cè)）采用△形接線，即Y,d11接線。變壓器△側(cè)CT（二次側(cè)）采用Y形，即Y,Y12接線。見圖3.11?？梢?，差動臂中的和

同相位了，但

為使正常運行或區(qū)外故障時Ij＝0，則應使

即高壓側(cè)電流互感器變比應加大

倍，該項不平衡電流已清除。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護②由計算變比與實際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流。CT的變比是標準化的，如：600/5，800/5，1

000/5，1

200/5。所以，很難完全滿足或

。即Ij≠0，因此產(chǎn)生不平衡電流Ibp

。消除方法是利用差動繼電器的平衡線圈進行磁補償，如圖3.14所示。圖3.14變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流第四節(jié)

電力變壓器繼電保護③由兩側(cè)電流互感器型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流（CT變換誤差），采取的措施是盡量選擇同一型號的電流互感器。④由變壓器帶負荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流：改變分接頭，就會引起nB改變，破壞nL2/nL1＝nB的關系，和電流互感器不再一致，產(chǎn)生新的不平衡電流，幾乎沒有改變的具體措施，此不平衡電流在整定計算中應予以考慮。⑤暫態(tài)情況下的不平衡電流，措施是安裝快速飽和中間變流器，抑制非周期分量。3.電流差動保護的靈敏系數(shù)計算（及校驗）電流差動保護靈敏系數(shù)計算公式為式中Klm

──

靈敏系數(shù)；

Idzbh

──

差動保護的動作電流（A）；

Kjx

──

電流互感器接線系數(shù)；

Id,min

──

已折算到電流互感器二次側(cè)的變壓器二次側(cè)最小短路電流（A）。第四節(jié)

電力變壓器繼電保護4.差動保護的運行注意事項一是差動保護動作，主變跳閘后，應查明原因或進行內(nèi)部檢定，確無異常時，方可送電。二是停電工作中，若涉及差動回路，則其投運時應接信號。同時要對它進行多角度試驗和測量不平衡電壓值。在確保無異常時，方可投入使用。第五節(jié)

整

流

原

理一、整流電路及基本原理電力網(wǎng)供給用戶的是交流電，而各種城市軌道交通機車車輛需要用直流電牽引，因而必須按要求把交流電變換為直流電。整流，就是把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程。它利用具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷?，如二極管、晶閘管等，可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。下面介紹利用晶體二極管組成的各種整流電路。1.單相半波整流電路圖3.16是一種最簡單的單相半波整流電路。它由電源變壓器T、整流二極管D和負載電阻R組成。變壓器把電壓變換為所需要的交變電壓U2，D再把交流電變換為脈動直流電。第五節(jié)

整

流

原

理圖3.16單相半波整流電路第五節(jié)

整

流

原

理在圖3.16單相半波不可控整流電路中，變壓器T用來變換電壓。變壓器一次和二次電壓的有效值分別用U1和U2表示，瞬時值分別用u1和u2表示，U2是根據(jù)直流輸出平均電壓值Ud決定的。R是負載電阻。在U2的正半周內(nèi)，施加到整流二極管陽極的電壓為正，二極管陰極的電壓為負，滿足VT導通條件之一，整流二極管導通。整流二極管在電源電壓正半周一直導通。當

，即u2降至零時，整流二極管中流過的電流由于降到維持電流以下而使其關斷，此時電阻上的電壓和電流都消失。在u2的負半周時，整流二極管承受反向電壓而不能導通。直到第2個周期相當于

時刻，整流二極管再次導通，如此不斷循環(huán)下去。負載上電壓波形如圖3.17所示。負載上的脈動直流電流id的瞬時值由歐姆定律決定，即第五節(jié)

整

流

原

理圖3.17單相半波整流波形第五節(jié)

整

流

原

理它的波形與Ud相同。經(jīng)過整流二極管以后的輸出電壓是極性不變但幅值變化著的脈動直流電壓，它的波形只在電源電壓的正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱單相半波整流電路。整流二極管本身承受的電壓UD在導通期，由于忽略整流二極管的正向壓降，所以UD＝0，在其余不導電時刻它承受全部電源電壓。從整流二極管開始承受正向電壓起，一周期內(nèi)整流電路輸出平均電壓為·2＝＝0.45U2整流二極管全導通，輸出最大，即Ud0＝0.45U2第五節(jié)

整

流

原

理2.全波整流電路如果把整流電路的結(jié)構(gòu)做一些調(diào)整，可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。圖3.18是全波整流電路的電原理圖。圖3.18全波整流電路第五節(jié)

整

流

原

理全波整流電路的工作原理，可用圖3.19所示的波形圖說明。在0～

時間內(nèi)，E2a對Dl為正向電壓，D1導通，在R上得到上正下負的電壓；E2b對D2為反向電壓，D2不導通（參見圖3.18）。在

～2

時間內(nèi)，E2b對D2為正向電壓，D2導通，在R上得到的仍然是上正下負的電壓；E2a對D1為反向電壓，D1不導通

。如此反復，由于兩個整流元件D1、D2輪流導電，結(jié)果負載電阻R上在正、負兩個半周作用期間，都有同一方向的電流通過，如圖3.19所示的那樣，因此稱為全波整流，全波整流不僅利用了正半周，而且還巧妙地利用了負半周，從而大大地提高了整流效率（Usc＝0.9E2，比半波整流時大一倍）。圖3.19全波整流波形第五節(jié)

整

流

原

理3.橋式整流電路單相橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。橋式整流電路的工作原理如下：U2為正半周時，對D1、D3加正方向電壓，Dl，D3導通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止，電路中構(gòu)成U2、Dl、R、D3通電回路，在R上形成上正下負的半波整流電壓。U2為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導通；對D1、D3

加反向電壓，D1、D3截止，電路中構(gòu)成U2、D2、R、D4通電回路，同樣在R上形成上正下負的另外半波的整流電壓。由于單相半波可控整流電路具有明顯的缺點，為了能較好地滿足負載的要求，在一般容量的整流裝置中，較多的是用單相橋式整流電路。第五節(jié)

整

流

原

理單相橋式整流電路如圖3.20所示。整流二極管D1和D4組成一對橋臂，整流二極管D2和D3組成另一對橋臂。當變壓器二次電壓U2為正半周時（即a端為正，b端為負），D1和D3即導通，這時電流從電源a端經(jīng)D1、R、D3流回電源b端。這期間D2和D4均承受反向電壓而截止。當變壓器二次電壓U2為負半周時（即b端為正，a端為負），則D2和D4導通。電流從電源b經(jīng)D2、R、D4流回電源a端。在負半周期，D1和D3均承受反向電壓而截止。由于負載在兩個半波中都有電流通過，屬全波整流。一個周期內(nèi)整流電壓脈動二次，脈動程度比半波時要小。變壓器二次繞組中，兩個半周期的電流方向相反且波形對稱，如圖所示，因此不存在半波整流電路中的直流磁化問題，變壓器繞組的利用率也高?？梢钥闯?，當一對橋臂上的整流二極管導通時，電源電壓U2直接加在另一對整流二極管的兩端，因此整流二極管承受的最大反向電壓為

。至于承受的正向電壓，在整流二極管均不導通時，假設其漏電阻都相等，則其最大值為/2。圖3.20橋式整流電路第五節(jié)

整

流

原

理對于電阻性負載整流輸出電壓的平均值為(3.5)

它的輸出電壓是半波電路的兩倍。在負載上，輸出直流電流的平均值為(3.6)由于整流二極管D1、D4和D2、D3在電路中是輪流導電的，所以流過每個整流二極管的平均電流IdT只有負載上平均電流的一半，即(3.7)在選擇整流二極管以及導線截面積等定額時，要考慮發(fā)熱問題，應根據(jù)電流的有效值進行計算。負載電流的有效值，即變壓器二次繞組電流的有效值I2值為(3.8)第五節(jié)

整

流

原

理流過整流二極管電流的有效值：二、整流元件的選擇和運用整流管的主要參數(shù)包括額定值和特性值。其額定值是在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)均應滿足的極限值，當超過這一極限時，可導致器件的失效。特性值則不然，當使用中超過其特征值規(guī)定范圍時，允許性能指標下降，并不直接導致器件的失效。對于特性值一般給出典型值或允許范圍。1.整流二極管額定值二極管的額定正向平均電流。二極管的反向重復峰值電壓。二極管的浪涌電流。電流平方時間積。內(nèi)部等效結(jié)溫。(3.9)第五節(jié)

整

流

原

理二、整流元件的選擇和運用2.整流管特性值二極管的正向峰值電壓：結(jié)溫在25

C，通以3倍通態(tài)平均電流或正向平均電流的峰值電流時，在二極管兩端測出的峰值電壓，通常又叫壓降。在更換器件，調(diào)節(jié)平均電流時使用。反響重復峰值電流：反向重復峰值電流是對應于整流管施加反響重復峰值電壓時的反向峰值漏電流。該電流還和測量溫度有關，一般半導體器件的樣本給出的是對應于最高工作結(jié)溫Tjm的數(shù)值，而常溫測出的數(shù)值要小的多，這是因為半導體材料具有負阻特性，溫度升高內(nèi)阻減小的緣故?？捎米雠袛喟雽w器件電壓降級的依據(jù)，當超過規(guī)定值時，二極管的反向重復峰值電壓必須降級使用。第五節(jié)

整

流

原

理二、整流元件的選擇和運用3.選擇二極管作為整流元件，要根據(jù)不同的整流方式和負載大小加以選擇。如選擇不當，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，造成浪費。另外，在高電壓或大電流的情況下，如果手頭沒有承受高電壓或整定大電流的整流元件，可以把二極管串聯(lián)或并聯(lián)起來使用。第五節(jié)

整

流

原

理圖3.21二極管串聯(lián)圖3.21給出了二極管串聯(lián)的情況。顯然在理想條件下，有幾只管子串聯(lián)，每只管子承受的反向電壓就應等于總電壓的幾分之一。但因為每只二極管的反向電阻不盡相同，會造成電壓分配不均：內(nèi)阻大的二極管，有可能由于電壓過高而被擊穿，并由此引起連鎖反應，逐個把二極管擊穿。在二極管上并聯(lián)的電阻R，可以使電壓分配均勻。均壓電阻要取阻值比二極管反向電阻值小的電阻器，各個電阻器的阻值要相等。第五節(jié)

整

流

原

理圖3.22給出了二極管并聯(lián)的情況：兩只二極管并聯(lián)、每只分擔電路總電流的一半；而三只二極管并聯(lián)，每只分擔電路總電流的三分之一?？傊?，有幾只二極管并聯(lián)，流經(jīng)每只二極管的電流就等于總電流的幾分之一。但是，在實際并聯(lián)運用時，由于各二極管特性不完全一致，不能均分所通過的電流，會使有的管子因負擔過重而燒毀。因此需在每只二極管上串聯(lián)一只阻值相同的小電阻器，使各并聯(lián)二極管流過的電流接近一致。這種均流電阻R，一般選用零點幾歐至幾十歐的電阻器。電流越大，R應選得越小。圖3.22二極管并聯(lián)第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理一、三相橋式整流電路圖3.23三相橋式整流電路第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理三相橋式整流電路工作原理：在第1階段，a相電位最高，共陰極組的D1觸發(fā)導通，b相電位最低，共陽極組的D6觸發(fā)導通，這時電流由a相經(jīng)D1流向負載，再經(jīng)D6流向b相。變壓器a、b兩相工作，加在負載上的整流電壓為Ua－Ub＝Uab，經(jīng)過60

度后進入第2階段。這時a相電位仍最高，D1繼續(xù)，導通，但c相電位最低，經(jīng)自然換向點觸發(fā)c相的D2，電流即從b相換到c相，D6承受反壓關斷。變壓器a、c兩相工作，加在負載上的整流電壓為Ua－Uc＝Uac。第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理其輸出直流Ud在一個周期之內(nèi)共有六個脈動的電壓波形（見圖3.24），這就是實現(xiàn)了六脈波整流。圖3.24六脈波整流輸出電壓波形第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理二、12脈波整流原理六脈波整流是十二脈波整流的基礎。選擇兩組三相變壓器和整流器系統(tǒng)，使兩組變壓器二次電壓之間相位角相差30

，其直流電壓脈沖分量的相位角也相差30

，將兩組橋式整流器輸出并聯(lián)運行，即可實現(xiàn)將三相交流電源整流輸出十二脈波直流的目的。其電路原理圖如圖3.25所示。圖3.25十二脈波整流原理第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理二、12脈波整流原理圖3.25中的兩臺變壓器（D,y11和Y,y0），在工程上已廣泛采用帶雙低壓輸出的軸向分裂四線圈整流變壓器，即一臺雙輸出變壓器（D,d0,y11）作兩臺（D,y11和Y,y0）變壓器用，從而減少工程的占地面積和費用。D,y11和Y,y0之間滿足兩組變壓器二次電壓之間相位角相差30

的要求。有時整流變壓器的閥側(cè)繞組分別接成△和Y接線，其線電壓自然形成30

相差。雙低壓輸出的軸向分裂四線圈整流變壓器，由于采用了軸向分裂結(jié)構(gòu)，閥側(cè)繞組間具有較大的短路阻抗，因此，采用并聯(lián)運行時不必加橋間平衡阻抗。也就說采用分裂變壓器，所謂分裂變壓器就是將低壓繞組分裂成相等容量的兩個繞組，此時若兩個低壓繞組的負荷不平衡時，兩段母線電壓將會略有偏差。采用分裂變壓器和普通變壓器相比，在同容量和同電抗時，低壓側(cè)短路電流減少了一半。第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理二、12脈波整流原理該整流方式，由于整流相數(shù)的增加，其產(chǎn)生的諧波分量較六脈波整流有較大的降低，輸出電壓也較穩(wěn)定。其直流輸出Ud波形如圖3.26所示，從0～2

共有12個脈動波形。圖3.26直流輸出波形第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理三、二十四脈波整流圖3.27二十四脈波整流原理第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理三、二十四脈波整流圖3.27中，T1，T2為兩臺低壓雙輸出電壓的十二相整流變壓器，且T1和T2低壓輸出電壓相差15

相位角。D1和D2為2臺十二相整流器。T1和D1單獨工作時，輸出十二脈波的直流電源；T2和D2單獨工作時，也輸出十二脈波的直流電源。T1＋D1和T2＋D2并聯(lián)（直流輸出端子并聯(lián)）工作時，由于T1和T2具有15

相角差，合成輸出二十四脈波的直流電源，實現(xiàn)將三相交流電源整流輸出二十四脈波直流的等效二十四相整流。當然，二者也可以串聯(lián)工作。二十四脈波整流的高壓網(wǎng)側(cè)輸入電流由下式給出：第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理三、二十四脈波整流繪制其波形如圖3.28所示。圖3.28二十脈波整流的高壓網(wǎng)側(cè)輸入電流第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理四、二十四脈波整流變壓器系統(tǒng)設計1.基本結(jié)構(gòu)二十四脈波變壓整流系統(tǒng)有各種不同的結(jié)構(gòu)組合。第1種情況下，可以采用單列4臺變壓器和4臺全波整流器構(gòu)成二十四脈波變壓整流系統(tǒng)，但這種系統(tǒng)占地面積大，維護復雜。第2種情況下，可以采用2臺變壓器三相三繞組和4臺全波整流器構(gòu)成二十四脈波變壓整流系統(tǒng)。而4臺整流機組也可以根據(jù)不同的需要進行組合。4臺整流機組串聯(lián)運行，適用于電壓較高的場合；也可以4臺整流機組并聯(lián)運行，適用于負荷電流較大（或多負荷的場合），城市軌道交通系統(tǒng)多采用這種系統(tǒng)。同時對于整流機組也有不同的結(jié)構(gòu)，即有不可控整流二極管，也可以采用可控晶閘管。城市軌道交通系統(tǒng)整流機組現(xiàn)在多采用大功率整流二極管。第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理圖3.29二十四相整流系統(tǒng)的主電路原理圖第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理四、二十四脈波整流變壓器系統(tǒng)設計1.基本結(jié)構(gòu)如圖3.29所示，是城市軌道交通系統(tǒng)常用的二十四脈波變壓整流系統(tǒng)，這種系統(tǒng)由2臺十二脈波變壓整流變壓器組成，系統(tǒng)具有100%

的備用，當其中一臺出現(xiàn)故障時，仍可以提供十二脈波的電源。城市軌道交通系統(tǒng)常用等效二十四相整流系統(tǒng)包含2臺變壓器，即T1和T2。T1和T2均為雙低壓輸出變壓器，每臺變壓器（T1或T2）均可與十二相整流器組成獨立的十二相整流系統(tǒng)。為了減少變壓器低壓繞組之間的相互影響，沿軸向也設置雙線圈的高壓輸入線圈，即所謂的每相鐵芯四線圈軸向雙分裂結(jié)構(gòu)，通常要求其分裂系數(shù)KF≥3.6，基本連接組別為D,d0,y11。第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理四、二十四脈波整流變壓器系統(tǒng)設計2.移

相在保證T1和T2具有相同的基本結(jié)構(gòu)基礎上，要實現(xiàn)等效二十四相整流，就必須使T1和T2低壓輸出之間移相15

角，經(jīng)過分析，在高壓側(cè)采用延邊三角形移相方法。為了并聯(lián)十二相整流系統(tǒng)（T1和T2）的平衡運行，就必須保證T1和T2具有相同的電氣參數(shù)，為此T1和T2在基本連接組別：D,d0,y11基礎上，分別移相＋7.5

和－7.5

角，實現(xiàn)T1和T2輸出低壓移相15

角的目的，又保證了幾何尺寸和參數(shù)的對稱。圖3.30和圖3.31分別給出延邊三角形移相

＝＋7.5

的連接圖和相量圖。第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理圖3.30延邊三角形＋7.5

和－7.5

連接圖圖3.31延邊三角形矢量圖第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理四、二十四脈波整流變壓器系統(tǒng)設計3.一次（網(wǎng)側(cè)）連接為了保證產(chǎn)品的通用性，T1和T2的高壓線圈和低壓線圈均相同，T1和T2分別采用如圖3.3所示不同的高壓（一次）連接方法。此時，T1變壓器二次（閥側(cè)）電壓的相位將滯后T2變壓器15

。兩臺變壓器（T1、T2）的鐵芯、線圈是相同的，僅在一次側(cè)（網(wǎng)測）接法的不同而產(chǎn)生二次低壓移相15

。因此，兩臺變壓器的互換性特別好，僅需改變一次的連接方法，也即整流器輸入側(cè)的電源的一致性得到了保障。在圖3.29中，左邊的變壓器為1#

變壓器，D,d0,y11接線；右邊的變壓器為2#變壓器，D,d2,y1。其中1#變壓器的原邊三角形接線滯后7.5

，2#變壓器的三角形接線原邊超前7.5

。Uad1、Ubd1、Ucd1分別表示1#

變壓器三角形接線A、B、C相輸出電壓；UaY1、UbY1、UcY1分別表示1#

變壓器星形接線A、B、C相輸出電壓；Uad2、Ubd2、Ucd2分別表示2#

變壓器三角形接線A、B、C相輸出電壓；Uay2、Uby2、Ucy2分別表示2#變壓器星形接線A、B、C相輸出電壓。以1#

變壓器的Y接線為參考，以它的12點為基準，那么第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理（3.10）（3.11）那么同理根據(jù)接線形式可以得到（3.12）（3.13）第六節(jié)

牽引供電系統(tǒng)整流原理然后畫出它們的反向量，就可以得到所有電壓向量圖。其矢量分析圖如圖3.22所示。為了便于分析，把相互相差120

的一組向量用同一個方框表示出來。也為了簡潔，沒有把它們的反向量表示出來，讀者可以自己標示一下。圖3.32二十四相整流電壓矢量分析圖第七節(jié)

整流器功率因數(shù)一、整流器功率因數(shù)的表示法1.系統(tǒng)狀況兩套整流機組分別通過兩臺斷路器與交流母線相連，而且采用母線不分段方式，確保輸入電源的一致性。這種方案的兩套整流機組的進線相互獨立，兩套整流機組也可以獨立運行。當某一整流機組發(fā)生故障時，其保護裝置使其進線斷路器跳閘，故障容易判別。當一套整流機組因故退出運行時，在負荷較小時，另一套整流機組可繼續(xù)運行。通過接線的改變，使兩套機組的脈波輸出相差15

，并且讓二者并聯(lián)或串聯(lián)運行，就會構(gòu)成二十四脈波整流機組系統(tǒng)。只不過當一組出現(xiàn)故障時，就會輸出12脈波整流系統(tǒng)。其整流器和變壓器的接線如下：圖3.33整流器接線方式第七節(jié)

整流器功率因數(shù)第七節(jié)

整流器功率因數(shù)一、整流器功率因數(shù)的表示法1.系統(tǒng)狀況由圖3.33可看出，每臺變壓器的次邊，都有兩個繞組，一組采用星形接線，一組采用三角形接線。變壓器次邊繞組同名端線電壓相位相差30

，經(jīng)整流形成十二脈波整流系統(tǒng)。每座牽引變電所有兩臺整流機組，通過對原邊進行處理（一般采用外延三角形接線）得以實現(xiàn)，一臺移相＋7.5

，一臺移相－7.5

，這樣兩套十二脈波整流系統(tǒng)形成一套AC35

kV/1

500

V或750

V的等效12相二十四脈波整流系統(tǒng)。第七節(jié)

整流器功率因數(shù)一、整流器功率因數(shù)的表示法2.計算方法用交流裝置電網(wǎng)（一次）側(cè)的每相輸入有功功率P1和表觀功率S1之比來表示功率因數(shù)。（3.14）（3.15）式中I11

──

變壓器一次電流基波分量的有效值；

──

基波電流與電壓相位差角。對于橋式整流（3.16）第七節(jié)

整流器功率因數(shù)城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)整流器機組的功率因數(shù)是用直流輸出功率Pd和變壓器二次側(cè)的表觀功率S2之比來表示其大小的，并以此來考察其效率的高低和質(zhì)量的優(yōu)劣：（3.17）式中

Pd

──

整流器直流輸出功率；S2

──

變壓器二次側(cè)表觀功率。城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)整流器機組全部采用三相全波橋式二極管整流電路。為了方便，下面以三相全波橋式二極管整流電路為例進行分析。因式中

U2

──

整流變壓器二次側(cè)相電壓，故第七節(jié)

整流器功率因數(shù)

二次側(cè)的表觀功率S2=3U2I2

，對三相全波橋式二極管整流電路I2＝

，由式（3.11）得（3.18）與單相橋式整流電路比，由于三相橋式電路每周期有六個波頭輸出，比單相橋式兩個波頭增加3倍，所含高次諧波減小，畸變系數(shù)增大，其三相電路的功率因數(shù)就高。城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)整流器機組，都是以六脈波為基礎，在此基礎之上，組成了十二和二十四脈波整流器，因此他們的功率因數(shù)都比較高。一般情況下，對于三相全波十二脈波整流機組，兩組六脈波整流機組并聯(lián)或串聯(lián)運行，輸出電壓升高了。它的功率因數(shù)計算方法如下：（3.19）第七節(jié)

整流器功率因數(shù)

而對于二十四脈波，也采用兩組十二脈波并聯(lián)或串聯(lián)運行，構(gòu)成二十四脈波。其功率因數(shù)計算方法如下：把它們的大小統(tǒng)計列表如表3.2所示?？梢钥闯?，一般情況下三相全波橋式整流預期（或理想）功率因數(shù)和脈波數(shù)的關系：脈波數(shù)越多，功率因數(shù)越高。目前，所采用的整流機組的功率因數(shù)都滿足大于0.95的要求。其功率因數(shù)已經(jīng)很高了，特別是二十四脈波橋式整流機組其功率因數(shù)幾近飽和，再加以提高的空間很小了。（3.20）脈波數(shù)功率因數(shù)六0.955十二0.988二十四0.997表3.2三相全波橋式整流預期功率因數(shù)第七節(jié)

整流器功率因數(shù)二、影響功率因數(shù)的因素及改進措施1.功率因數(shù)的理論值與實際值當采用兩組橋式電路串聯(lián)供電時，兩臺三相橋式二極管整流機組串聯(lián)工作，負載電壓為兩組直流電壓之和，此時Ud＝Udl＋Ud2。當二極管整流機組工作在并聯(lián)工作狀態(tài)時，當所需電流較小時，其中一臺三相橋式整流（二極管）機組工作整流狀態(tài)，而另一臺三相橋式整流（二極管）機組工作在截止狀態(tài)。即二者工作在推挽工作狀態(tài)。此時，整流器機組的功率因數(shù)會有所下降，但影響不大。當所需電流較大，二者工作在并聯(lián)工作狀態(tài)，同時輸出直流電流。此時負載電壓為：Ud＝Udl＋Ud2。在這種情況下，整流器機組的功率因數(shù)都比較高。由此看出，當工作在負荷較小時，三相橋式整流（二極管）機組的效率會降低，功率因數(shù)達不到理想的值，而且此時的諧波也較大。第七節(jié)

整流器功率因數(shù)二、影響功率因數(shù)的因素及改進措施2.整流相數(shù)與功率因數(shù)通過計算分析知道，增加整流相數(shù)本身就可以提高功率因數(shù)。此外，整流相數(shù)越多，電流中的高次諧波的最低次數(shù)越高，且幅值也減小，從而也可以提高功率因數(shù)。從表中可以看到由六脈波提高到十二脈波，功率因數(shù)提高了0.033；而從十二脈波提高到二十四脈波，功率因數(shù)提高了0.009。僅從功率因數(shù)來講，再依賴提高脈波來提高功率因數(shù)，已經(jīng)效果不明顯了。因為對于0.997而言，最大的提升幅度不會超過0.003，也就是說很有限了。因此對于高于二十四脈波的整流機組而言，其主要目的不再是為了提高功率因數(shù)，而是減少諧波，提高電源質(zhì)量。第七節(jié)

整流器功率因數(shù)二、影響功率因數(shù)的因素及改進措施3.安裝補償裝置軌道交通供電系統(tǒng)有許多感性負載，如電力變壓器、整流機組、動力照明負載等設備。為減少供電系統(tǒng)的無功損耗、有效利用供電設備容量、降低運行成本，需對供電系統(tǒng)功率因數(shù)進行改善，同時抑制供電系統(tǒng)向電網(wǎng)反送無功。在地鐵中牽引負荷功率因數(shù)較高，一般為0.97左右，動力照明負荷功率因數(shù)較低，一般只有0.78左右。當軌道交通不采取任何無功補償措施時，高峰時段主變壓器高壓側(cè)負荷總功率因數(shù)只有0.89左右。為了提高整個系統(tǒng)的功率因數(shù)，達到《供電營業(yè)規(guī)則》要求，可以在一些特殊設備處，特別是比較大的感性設備處，安裝電容性補償裝置，以利于提高功率因數(shù)。但是目前地鐵供電系統(tǒng)還沒有安裝補償裝置，一般都預留了位置。第八節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

變壓器和

整流器的技術(shù)要求及選擇一、城市軌道交通供電系統(tǒng)變壓器1.主變電所變壓器主變電所負責從城市電網(wǎng)的外部電力系統(tǒng)獲取電能，并把電能轉(zhuǎn)換成所要求的形式，主要起接受、改變電能形式和分配的作用。完成這一任務的核心設備就是變壓器。因此如何選擇合適的變壓器就顯得非常重要。對于110

kV系統(tǒng)，主變電所的變壓器根據(jù)其運行的環(huán)境和特點和技術(shù)規(guī)格及額定參數(shù)，主要考慮以下因素：（1）選擇變壓器類型。通常選擇三相油浸自然油循環(huán)風冷有載調(diào)壓變壓器，一般要帶平衡繞組，安裝地點即可戶內(nèi)也可戶外。（2）要求其原邊額定電壓110

kV，次邊額定電壓35

kV，原邊最高電壓126

kV，次邊最高電壓42

kV。（3）連接組別選擇YNYn0（d11）接線，原邊調(diào)壓分接抽頭110±8×1.25%/35

kV，具有17級調(diào)壓能力。第八節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

變壓器和

整流器的技術(shù)要求及選擇（4）繞組絕緣水平，要求在110

kV側(cè)：額定雷電沖擊耐受電壓550

kV（全波），額定工頻耐受電壓230

kV。110

kV中性點：額定雷電沖擊耐受電壓325

kV（全波），額定工頻耐受電壓140

kV。35

kV側(cè)，額定雷電沖擊耐受電壓200

kV（全波），額定工頻耐受電壓85

kV。（5）要求所選擇變壓器其阻抗電壓：10.5%，有時也可選擇8%，但最大不允許超過14%。（6）變壓器的空載和負載損耗、空載電流應滿足下列要求：對于容量為31.5

MV·A的變壓器，空載損耗不大于21

kW；負載損耗不大于130

kW；空載電流不大于0.2%Ie。（7）溫升限值，繞組平均溫升小于65

k

，油頂層溫升小于55

K。第八節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

變壓器和

整流器的技術(shù)要求及選擇（8）承受短路能力：符合GB1094.5的規(guī)定，變壓器在任何分接抽頭時都應能承受三相對稱短路電流2

s，各部位無損壞。短路后線圈的平均溫度最高不超過250

C。（9）過負荷能力：變壓器應滿足在120%

額定負荷下連續(xù)運行2

h。（10）在離變壓器水平距離2

m垂直距離1

m處，噪聲水小于60

dB。最后變壓器的期望壽命為30年。此外中性點接地電阻柜也要非常注意，中性點接地電阻采用不銹鋼，其基本要求是：通過額定電流10

s，最高溫升不超650

C；熱穩(wěn)定時間：10

s，熔點為（1

375

C～1

500

C），最高使用溫度1

000

C，電阻溫度系數(shù)2.17×10－4

/

C，在350

C高溫時，阻值增加不超過8%。第八節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

變壓器和

整流器的技術(shù)要求及選擇2.

35/0.4

kV動力變壓器（1）基本參數(shù)的選擇。如，原邊額定電壓，次邊額定電壓，接地方式，相數(shù)等，一般要求：容量根據(jù)實際情況選擇，一般從200～3

000

MV·A。原邊額定電壓：35

kV；原邊最高工作電壓：42

kV；次邊額定電壓：0.4

kV；接地系統(tǒng)：TN-S；額定頻率：50

Hz。（2）連接組別：Dyn11；分接抽頭：35

kV±2×2.5%，可以實現(xiàn)5級調(diào)壓。（3）絕緣水平。35

kV側(cè)，沖擊耐受電壓和交流耐受電壓70

kV；0.4

kV側(cè)，沖擊耐受電壓10

kV，交流耐受電壓3

kV。絕緣等級：原邊B級，次邊F級。（4）性能要求。阻抗電壓（%）根據(jù)容量（

kV·A）的大小可以選取不同的數(shù)值，一般容量越大，阻抗電壓（%）可選的高些；空載損耗（W）和負載損耗（W）也要選擇比較小的廠家。冷卻方式選擇自然空氣冷卻（AN）；絕緣介質(zhì)采用環(huán)氧樹脂材料。此外還要考慮變壓器的尺寸大小和占地面積。因為35/0.4

kV動力變壓器大部分都在室內(nèi)安裝，因此其大小就應該引起足夠的重視。第八節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

變壓器和

整流器的技術(shù)要求及選擇二、整流變壓器1.基本參數(shù)原邊額定電壓：35

kV原邊最高電壓38

kV；次邊額定電壓1

180

V；整流變壓器采用無勵磁分級調(diào)壓，原邊分接抽頭的分接范圍：33

kV±2×2.5%.；整流變壓器采用干式、戶內(nèi)、自冷、環(huán)氧樹脂澆注變壓器；整流變壓器接線形式：D,y5/D,d0；電源額定頻率50

Hz；短路阻抗百分比8%。2.性能參數(shù)（1）耐壓性能（2）并聯(lián)運行性能（3）損耗性能（4）短路性能第八節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

變壓器和

整流器的技術(shù)要求及選擇三、整流機組和整流器參數(shù)1.整流機組的基本要求牽引供電系統(tǒng)整流變壓器的設計應和整流器相匹配，形成整流機組。整流機組的效率在額定負荷下應不小于98%，每套整流機組的功率因數(shù)在額定負荷下應不小于0.95；整流機組的固有電壓調(diào)整率為6%

的額定直流電壓；整流機組負荷特此外整流機組有良好的負