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1、 1目錄目錄1.選題背景選題背景.11.1 題目題目.11.2 目的目的.12.方案論證方案論證.12.12.1 變壓器分類變壓器分類.12.22.2 方法方法.13.設(shè)計論述設(shè)計論述.23.13.1 單相結(jié)線變壓器單相結(jié)線變壓器.23.23.2 單相（三相）單相（三相）V V，V V結(jié)線變壓器結(jié)線變壓器.23.33.3 三相三相 YNYN，D D1111 結(jié)線組變壓器結(jié)線組變壓器.33.43.4 斯科特結(jié)線變壓器斯科特結(jié)線變壓器.43.53.5 YNYN 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器.43.63.6 YNYN 結(jié)線平衡變壓器結(jié)線平衡變壓器.53.73.7 非阻抗匹配非阻抗匹配
2、 YNYN 結(jié)線平衡變壓器結(jié)線平衡變壓器.64.結(jié)果分析結(jié)果分析.64.14.1 七種變壓器的優(yōu)缺點七種變壓器的優(yōu)缺點.64.24.2 變壓器的適用范圍變壓器的適用范圍.85、總結(jié)、總結(jié).9參參 考考 文文 獻獻.9 11.選題背景選題背景我國牽引變壓器制造業(yè)伴隨國家電氣化鐵路建設(shè)走過了 40 年的風風雨雨的歷程，特別是改革開放以來，隨著我國鐵路電氣化建設(shè)視野的迅猛發(fā)展，牽引變壓器無論是設(shè)計理論，產(chǎn)品品種容量,電壓等級，制造手段和產(chǎn)品質(zhì)量等諸多方面都取得了突飛猛進的進步。伴隨國家加快鐵路建設(shè)，預計電氣化鐵路建設(shè)將以每年 1400 公里的建設(shè)速度進入高速的鼎盛時期，牽引變壓器制造業(yè)也將在其發(fā)展史
3、上翻開光輝燦爛新的一頁。1.1 題目題目七種牽引變壓器的分析比較1.2 目的目的通過對七種牽引變壓器的分析比較，選擇適合我國電氣化鐵路的變壓器。2.方案論證方案論證 2.12.1 變壓器分類變壓器分類變壓器是利用電磁感應原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器，是電能傳遞或作為信號傳輸?shù)闹匾０凑兆儔浩鹘Y(jié)構(gòu)種類和接線方式分為：單相結(jié)線變壓器、單相（三相）V，v 結(jié)線變壓器 、三相YN，d11 雙繞組變壓器、斯科特結(jié)線變壓器、YN 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器、YN結(jié)線平衡變壓器、非阻抗匹配 YN 結(jié)線平衡變壓器。2.22.2 方法方法通過對七種變壓器的優(yōu)缺點比較，以表格的形式清晰
4、的得出最適合我國國情的電氣化牽引變壓器。 23.設(shè)計論述設(shè)計論述3.13.1 單相結(jié)線變壓器單相結(jié)線變壓器單相結(jié)線變壓器如圖 3-1 所示，原邊跨接于三相電力系統(tǒng)中的兩相，副邊一端與牽引側(cè)母線連接，另一端與軌道及接地網(wǎng)連接。牽引變壓器的容量利用率高，但其在電力系統(tǒng)中單相牽引負荷產(chǎn)生的負序電流較大，對接觸網(wǎng)的供電不能實現(xiàn)雙邊供電。所以，這種結(jié)線只適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達，三相負荷用電能夠可靠的由地方電網(wǎng)得到供應的場合。另外，單相牽引變壓器要按全絕緣設(shè)計制造。 。圖 3-1 單相結(jié)線牽引變電所3.23.2 單相（三相）單相（三相）V V，v v 結(jié)線變壓器結(jié)線變壓器單相 V，v 結(jié)線
5、變壓器如圖 3-2 所示，將兩臺單相變壓器以 V 的方式聯(lián)于三相電力系統(tǒng)，每一個牽引變電所都可以實現(xiàn)由三相系統(tǒng)的兩相線電壓供電。兩變壓器次邊繞組，各取一端聯(lián)至牽引變電所兩相母線上，而它們的另一端則以聯(lián)成公共端的方式接至鋼軌引回的回流線。這時，兩臂電壓相位差 60 度接線，電流的不對稱度有所減少。這種接線即通常所說的 60 度接線。三相原理（如圖3-3）：將兩臺容量相等或不相等的單相變壓器器身安裝于同一油箱內(nèi)。原邊繞組接成固定的 V 結(jié)線，V 的頂點（A2 與 X1 連接點）為 C 相，A1，X2 分別為 A相，B 相。副邊繞組四個端子全都引出在油箱外部，根據(jù)牽引供電的要求，既 3可接成正“V”
6、 ，也可接成反“V” 。圖 3-2 單相 V，v 結(jié)線變壓器 圖 3-3 三相 V，v 結(jié)線變壓器 3.33.3 三相三相 YNYN，d11d11 結(jié)線組變壓器結(jié)線組變壓器三相 YN，d11 結(jié)線牽引變壓器（如圖 3-4 所示）的高壓側(cè)通過引入線按規(guī)定次序接到 110kV 或 220kV，三相電力系統(tǒng)的高壓輸電線上；變壓器低壓側(cè)的一角 c 與軌道接地網(wǎng)連接，變壓器另兩個角 a 和 b 分別接到 27.5kV 的 a 相和 b相母線上。由兩相牽引母線分別向兩側(cè)對應的供電臂供電，兩臂電壓的相位差為 60 度，也是 60 度接線。由于左右兩供電臂對軌道的電壓相位不同，因此，在這兩個相鄰的接觸網(wǎng)區(qū)段間
7、采用了分相絕緣器。這種牽引變電所中裝設(shè)兩臺三相 YN，d11 結(jié)線牽引變壓器，可以兩臺并聯(lián)運行，也可以一臺運行，另一臺固定備用。圖 3-4 三相 YN，d11 接線牽引變壓器原理圖ABaba1x1ABCa2x2A1X1A2X2 43.43.4 斯科特結(jié)線變壓器斯科特結(jié)線變壓器斯科特結(jié)線變壓器（原理電路圖如圖 3-5 所示）實際上也是由兩臺單相變壓器按規(guī)定連接而成。一臺單相變壓器的原邊繞組兩端引出，分別接到三相電力系統(tǒng)的兩相，稱為 M 座變壓器；另一臺單相變壓器的原邊繞組一端引出，接到三相電力系統(tǒng)的另一相，另一端到 M 座變壓器原邊繞組的中點 O，稱為 T 座變壓器。這種結(jié)線形式把對稱三相電壓變
8、換成對稱兩相電壓，用兩相中的一相供應一邊供電臂，另一相供應另一邊供電臂。M 座變壓器原邊繞組匝數(shù)，兩端分別接入電力系統(tǒng)的 B，C 相；副邊繞組匝數(shù)，向左邊供電臂供電。T 座變壓器原邊繞組匝數(shù)，一端接在 M 座變壓器原邊繞組的中點 O，另一端接到接到電力系統(tǒng)的 A 相；副邊繞組匝數(shù)，向右邊供電臂供電。T 座和 M 座副邊匝數(shù)相同，原邊匝數(shù)不同。實際中，通常把兩臺單相變壓器繞組裝配在一個鐵芯上，安裝在一個油箱內(nèi)。圖 3-5 斯科特變壓器原理電路圖3.53.5 YNYN 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器YN 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器如圖 3-6 所示，可以兩臺并聯(lián)運行；也可以一臺運行，另一
9、臺固定備用。副邊繞組三角形結(jié)線結(jié)構(gòu)即在非接地相增設(shè)兩個外 5移繞組。內(nèi)三角形接線的一角 c 與軌道接地網(wǎng)連接。兩端分別接到牽引側(cè)兩相母線上。由兩相牽引母線分別向兩側(cè)對應的供電臂牽引網(wǎng)供電。圖 3-6 YN 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器繞組接線和電壓向量圖3.63.6 YNYN 結(jié)線平衡變壓器結(jié)線平衡變壓器根據(jù)平衡變壓器（如圖 3-7 所示）的工作原理，要求： 原邊接三相對稱電源電壓時，副邊二相輸出端口空載電壓對稱（即大小相等，相位差為 90 度） ； 副邊二相輸出端口帶相同負載時，原邊三相電流對稱。YN 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器，雖然滿足了上述需要和要求，但是平衡繞組與 a（或 b，c）繞組的匝數(shù)比和
10、阻抗匹配系數(shù)都是固定值。一般來說，繞組匝數(shù)的配合比較容易，而無論從設(shè)計上還是制造工藝上來講，要得到預先確定的某一阻抗匹配系數(shù)都是相當困難的。YN 結(jié)線阻抗匹配平衡變壓器的要求，在設(shè)計上和制造工藝上的難度是不言而喻的。阻抗系數(shù)匹配可以在一定范圍內(nèi)任意選取，因而使變壓器的設(shè)計和制造更加方便。阻抗匹配系數(shù)取值的靈活性對繞組布置具有重要意義。從輸出電壓，線材利用率等方面考慮，阻抗匹配系數(shù)在 11.732 范圍取值較合適。 6圖 3-7 YN 結(jié)線變壓器繞組接線和電勢向量圖3.73.7 非阻抗匹配非阻抗匹配 YNYN 結(jié)線平衡變壓器結(jié)線平衡變壓器在前面所述的 YN 結(jié)線平衡變壓器中，不需要專門進行阻抗匹
11、配，按結(jié)構(gòu)對稱性布置繞組，就可以使該變壓器達到平衡。這是 YN 結(jié)線平衡變壓器的特點。由于它不需要專門進行阻抗匹配，所以稱為非阻抗匹配 YN 結(jié)線平衡變壓器。4.結(jié)果分析結(jié)果分析4.14.1 七種變壓器的優(yōu)缺點七種變壓器的優(yōu)缺點表 4-1變壓器優(yōu)點缺點單相結(jié)線變壓器容量利用率可達 100%，主接線簡單，設(shè)備少，占地面積小，投資少。不能供應地區(qū)和牽引變電所三相負荷用電，在電力系統(tǒng)中，單相牽引負荷產(chǎn)生的負序電流較大，對接觸網(wǎng)的供電不能實現(xiàn)雙邊供電。單相（三相）V，v結(jié)線變主結(jié)線較簡單，設(shè)備較少，投資較省。對電力系統(tǒng)的負序影響比單相結(jié)線少， 對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)雙邊供電。當一臺牽引變壓器故障時，另一
12、臺必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽 引網(wǎng)。這就需要一個倒閘過程，即把故障變壓器原來承擔的供電任務轉(zhuǎn)移到正 7變壓器優(yōu)點缺點壓器常運行的變壓器。在這一倒閘過程完成前，故障變壓器原來供電的供電臂牽引網(wǎng)中斷供電，這種情況甚至會影響行車。即使這一倒閘過程完成后，地區(qū)三相電力供應也要中斷。牽引變電所三相自用 電必須改用劈相機或單相三相自用變壓器供電。實質(zhì)上變成了單相結(jié)線牽引變電所，對電力系統(tǒng)的負序影響也隨之增大。三相YN，d11 雙繞組變壓器 牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于供應牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力。在兩臺牽引變壓器并聯(lián)運行情況下，當一臺變壓器停電時，供電不會中斷，運行可靠方便。三相 Y
13、N， d11雙繞組變壓器在我國采用的時間長，有比較多的經(jīng)驗，制造相對簡單，價格便宜。對接 觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。牽引變壓器容量不能得到充分利用，只能達到額定容量的 75.6%，引入溫度系數(shù)也只能達到 84%，與采用單相結(jié)線牽引變壓器的牽引變電所相比，主接線要復雜一些，用的設(shè)備、工程投資也較多，維護檢修工作量及相應的費用也有所增加。斯科特變壓器當 M 座和 T 座兩供電臂負荷電流大小相等，功率因素也相等時，斯科特結(jié)線變壓器原邊三相電流對稱。變壓器容量可全部利用（用逆斯科特結(jié)線變壓器把對稱兩相電壓變換成對稱三相電壓） 。對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。斯科特結(jié)線牽引變壓器制造難度較大，造價較高。
14、牽引變電所主結(jié)線復雜，設(shè) 備較多，工程投資也較多，維護檢修工作量及相應的費用有所增加。而且斯科特結(jié)線牽引變壓器原邊 T 接地（O 點）電位隨負載變化而產(chǎn)生漂移，嚴重時有零序電流流經(jīng)電力網(wǎng)，可能引起電力系統(tǒng)零序電流繼電保護誤動作，對鄰近的平行通信線可能產(chǎn)生干擾，同時引起牽引變壓器各相繞組電壓不平衡，而加重 8變壓器優(yōu)點缺點繞組的絕緣負擔。為此，該結(jié)線牽引變壓器的絕緣水平要采用全絕緣。YN 結(jié)阻抗匹配牽引變壓器 當阻抗匹配系數(shù)時，無論副邊或原邊三相電流是否平衡，無零序電流。當副邊 三相電流不對稱時，原邊三相電流對稱，沒有負序電流對電力系統(tǒng)的影響。原邊三相制的視在功率完全轉(zhuǎn)化為副邊二相制的視在功率，
15、變壓器容量可全部利用。原邊仍為 YN 結(jié)線，中性點引出，與高壓中性點接地電力系統(tǒng)匹配方便。副邊仍有結(jié)線繞組，三次諧波電流可以流通，使主磁通和電勢波形有較好的正旋度。利用斯科特結(jié)線變壓器把對稱兩相電壓變換成對稱三相電壓。對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。設(shè)計計算及制造工藝復雜，造價較高。YN 結(jié)平衡變壓器其阻抗匹配系數(shù)在一定范圍內(nèi)任意選取，因而使變壓器的設(shè)計和制造更加方便。阻抗匹配系數(shù)取值的靈活性對繞組布置具有重要意義。需要考慮減小電磁力，環(huán)流等問題。非阻抗匹配YN 結(jié)平衡變壓器其阻抗匹配系數(shù)在一定范圍內(nèi)任意選取，因而使變壓器的設(shè)計和制造更加方便。阻抗匹配系數(shù)取值的靈活性對繞組布置具有重要意義。需要
16、考慮減小電磁力，環(huán)流等問題。4.24.2 變壓器的適用范圍變壓器的適用范圍（1）單相結(jié)線變壓器適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達，三相負荷用 9電能夠可靠的由地方電網(wǎng)得 到供應的場合。（2）三相 YN，d11 雙繞組變壓器適用于山區(qū)單線電氣化鐵路牽引負載不平衡的場所。（3）YN 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器適用于：牽引變電所自用電和站區(qū)三相電力。5、總結(jié)總結(jié)為期十余天的牽引供變電課程設(shè)計就要結(jié)束了，在這次課程設(shè)計中我們小組 3 人經(jīng)過數(shù)日的努力終于完成預定任務。經(jīng)過這次課程設(shè)計，我們學到很多平常忽略的東西，同時也溫習了很多必要的知識。因為平時不常深究的緣故，部分知識已經(jīng)變得生疏，此時才明白平時對
17、知識積累和溫習的重要性。這次的課程設(shè)計的知識僅從書本上學是遠遠不夠的，小組一行 3 人多次在圖書館、電子閱覽室等地多方面查詢資料，經(jīng)過大家的不懈努力終于完成了課程設(shè)計。經(jīng)過這次設(shè)計，我們不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多課本上所沒學到過的知識，培養(yǎng)了我獨立思考問題的能力以及處理問題的能力。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論聯(lián)系實際的重要性，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故，為下次的課程設(shè)計做好充分的準備，也為將來面對工作時能夠更快地進入狀態(tài)打下良好的基礎(chǔ)。參參 考考 文文 獻獻1 李彥哲.電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計.蘭州：蘭州大學出版社，2006.92 譚秀炳，劉向陽.交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng).成都：西南交通大學出版 社，20023 賀威俊等.電力牽引供變電技術(shù).成都：西南交通大學出版社，1998
牽引供電課程設(shè)計
