电 气 化 铁 道 供 电 系 统,西南交通大学电气工程学院,我国现行的牵引变电所供电方式绝大多数为三相两相制式，即其原边取自电力系统的110kV或220kV三相电压，次边向两个单相供电臂馈电，其母线额定电压为27.5kV或55kV。 对于三相YNd11或V,v接线的牵引变电所，次边两相电压的相别是原边三个相（或线）电压相别三中取二的某种组合；而对于平衡变压器，经变压器的变换，次边形成大小相等而相位相互垂直的两相电压。,第二章 牵引变电所,从广义的角度上讲，牵引变压器原次边之间除了有电压的变换外，还有电流和阻抗变换，可称为系统变换，如,通过系统变换，可以获得一次侧的牵引变压器、牵引负荷的等值电路模型，或二次侧的电力系统、牵引变压器等值电路模型。这两个等值电路模型对于牵引供电系统的电气分析十分方便、有用，如用于电压损失，故障分析，电能计量，负序含量，谐波水平等计算。,目前在三相牵引变电所中采用的是110kV油浸风冷式变压器，该牵引变压器的接线采用标准联结组，即YNd11，必要时原边中性点可实施大电流接地。 备用方式有移动备用和固定备用两种，实用中大多采用固定备用。对于直接供电或BT供电方式，变压器次边输出电压为27.5kV，比牵引网标准电压（网压）25kV高10。,2-1三相YNd11接线牵引变电所,一、 YN,d11接线原理电路图及展开图,绕组(ax)，(cz)为负荷相绕组；绕组(by)则被称为自由相绕组，（）内符号为端子号，大写为原边，小写为次边。,为分析的直观与方便，更常见使用YNd11接线牵引变压器的展开图。 画展开图有如下约定： (1) 为施工和运行安全起见，统一规定次边绕组 的（c）端子接钢轨和地； (2) 原、次边对应绕组在图中相互平行； (3) 原、次边每套（相）绕组的同名端放在同一侧；,展开图,实际上，有了展开图及上述约定，端字号已不重要，可以只保留次边端子号（c），甚至不要。需要时，根据每套（相）的同名端不难恢复全部端子号。,二、 电压、电流相量的规格化定向,在牵引供电系统分析中，对所有牵引变压器均都采用规格化定向（又称为减极性定向，即在这种定向下，原次边绕组磁势相互抵消）。 (1) 原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向，即牵引变压器从电力系统吸收电能； (2) 次边绕组电压、电流采用发电机惯例定向，即牵引变压器是次边负荷的电源； (3) 负荷吸收正功率。,单相变压器规格化定向,等值电路,对于理想变压器， 与 同相,YNd11规格化定向还应注意： (1) 原边绕组电压与实际进线电压相别一致； (2) 次边绕组按同名端与原边绕组电压一致；原边电流、电压按电动机惯例，次边按发电机惯例，原、次边绕组电流为减极性。通常，完成电压定向后（先原边，后次边，或者根据需要而相反），先标原边电流（负荷），再标原边。,YNd11牵引变压器的规格化定向举例,三、 绕组电流与负荷端口电流的关系,电力系统的电源电压和短路阻抗、牵引变压器的绕组漏抗归算到次边的等值电路(假设电力系统三相电压正序对称，阻抗平衡),目标:求解绕组电流，应用叠加原理,单独作用时,单独作用时,YNd11变压器次边 三相绕组电流相量图,推广到a、b、c三相都带负荷的情形,根据定向和变比关系，由上式获得原边三相电流,对于110kV/27.5kV牵引变电所,四、 YNd11归算到负荷端口的等值电路模型,考虑一般情况： ，为两个负荷端口，为自由相,端口电压方程式,归算到两个负荷端口的变电所等值电路,归算到两个负荷端口的变电所等值电路,Sd：电力系统（原边）短路容量（MVA） ST ：牵引变压器容量（MVA） Ud%：短路电压（一般为10.5%）,五、 三相牵引变压器次边各种短路计算,设牵引端口电压为27.5kV，忽略电阻部分,1、一相母线对轨地短路,2、异相牵引母线短路,即、端口母线间短路,3、两相母线对地短路，可导出短路电流为,六、YN,d11变压器额定利用率,变压器额定容量利用率K K=(额定输出容量/额定容量)100%,达到额定输出时有,则绕组电流为,Ynd11牵引变压器的额定容量利用率为,单相牵引变压器包括I,i(纯单相)接线牵引变压器和V,v接线牵引变压器。现在普遍采用V,v接线牵引变压器。 V,v接线牵引变压器的内部接线类似两台I,i接线变压器的组合。 V,v接线牵引变压器原边接入系统两个线电压 （AB、BC、CA间线电压中的两个）,2-2 单相牵引变电所,以接入AB和BC间线电压为例,一、原次边电流关系,二、归算到负荷端口的等值电路模型,端口电压方程式,归算到两个负荷端口的变电所等值电路,三、V/V变压器次边短路计算,设牵引端口电压为27.5kV，忽略电阻部分 1、 一相母线对轨地短路,2、 异相牵引母线短路,3、两相母线对地短路，可导出短路电流为,2-3 三相-两相平衡变压器,一、概述 电气化铁道牵引负荷通过特定接线的牵引变压器不会在电力系统中产生零序分量，但通常造成负序分量。,平衡变压器通常是指那种具有变压和换相功能的三相两相变压器，目的是消除或削弱负序。数学上是三相对称系统与两相对称系统之间的变换。 即:,三相对称：三相电气相量大小相等，相位互差120 两相对称：两相电气相量大小相等，相位互差90,二、Scott变压器,1、Scott接线,2、变比关系,Scott接线变压器底（M）座绕组原边接入电力系统AB相（线电压），高（T）座绕组原边一端接底绕组的中点D，另一端接入C相。,底座原、次边绕组匝数分别为 、,高座原、次边匝数分别为 、,Scott接线电压相量图,则底（M）座电压,高（T）座原边电压,底座绕组的变比,高座绕组的变比,当原边线电压为110kV次边为27.5kV时,3、电流变换关系及变换阵,电流平衡 和 磁势平衡关系式,引入零序电流 和常系数K,简记为,为电流变换阵,K为待定常系数 （理论上可取任意值）,只要K0，则 为非奇异矩阵 故有电流的逆变换关系,4、电压变换关系及变换阵,引入零序电压,为待定常系数（在理论上也可以取任意值）,为电压变换阵,若 为非奇异矩阵，则有：,简记为,5、待定系数K、K的确定,Scott变压器为理想变压器 根据功率平衡原理,为实数矩阵,为了获得形式简便的阻抗变换阵，可以选取,A BC,C AB,B CA,6、阻抗变换关系,三相系统侧电压方程：,两边左乘,即,A，B，C三相变换到0，系统的等值阻抗,如果,Scott变电所端口等值电路,Scott变电所端口等值电路,忽略电阻,7、Scott变压器二次侧短路计算,只考虑阻抗的电抗部分，且有,(1) 一相母线对轨地短路,(2) 异相牵引母线短路,(3)两相母线对地短路，导出短路电流为,8、Scott变压器容量利用率,额定输出时，即,变压器额定输出容量,得,由,变压器额定输出容量,变压器设计容量,则变压器额定容量利用率,9、Scott牵引变电所变换到三相系统的等值电路,