高速铁路V/X结线牵引变压器的研究与应用

2014-07-27陈炯峰

铁道运营技术 2014年2期

陈炯峰

（南宁铁路局柳南电化建指，工程师，广西南宁 530003）

随着我国国民经济的持续稳定发展，人民生活水平的提高，高速铁路的发展在我国已成为一种趋势。以京津高铁为起点，随着武广、京沪高铁的开通，高铁发展已进入建设高峰期。高速铁路速度高、运量大、行车密度大的特点，使得供电系统输送的功率大，对牵引供电系统的要求也随之增加。因此，对高速铁路的牵引供电方式和牵引变压器结线方式进行分析研究，对于高速电气化铁路的发展有着重要的意义。

1 牵引供电及牵引变压器结线的方式

高速铁路要求接触网受流质量高，分段和分相点数量少。目前各国大多采用自耦变压器（AT）供电方式和带回线的直接（RT）供电方式。AT供电方式通过在牵引网中增设正馈线和自耦变压器，将牵引供电电压提高一倍，从而使得牵引网的载流能力大大增加，同时减少对通信线路干扰〔1〕。

单相（三相）V/V结线是牵引变电所主要结线方式之一，原理如图1和图2所示。V/V结线牵引变压器具有结线简单、制造容易、两侧容量可按需要进行不同的配置及容量利用率高等特点。

图1 单相Vv联结牵引变压器的原理电路图

图2 三相Vv联结牵引变压器原理电路图

斯科特（Scott）牵引变压器实际上是由2台单相变压器按规定连接而成（其原理见图3所示），是AT供电方式下牵引变压器的选择之一。其优点是两供电臂负荷电流大小相等、功率因数也相等时，斯科特结线变压器一次侧三相电流对称；变压器容量可全部利用。缺点是斯科特结线牵引变压器制造难度较大，绝缘水平需采用全绝缘，工程造价高；牵引变电所主接线复杂，设备较多，工程投资大。在AT供电方式下55 k侧出口需配备自耦变压器，从而使变电所占地面积增大。

图3 斯科特联结牵引变压器原理图

2 V/X结线牵引变压器的原理

V/X结线是V/V结线的特殊形式，V/X结线牵引变压器其实由2台单相双分裂变压器组成，主要通过结线将三相供电系统转化为四相供电系统，其原理如图4所示。其一次绕组接成固定的V联结，高压侧A、C、B三相接入三相电力系统的三相，2个二次绕组形成X联结，牵引绕组T1、T2分别接入接触网正馈绕组F1、F2与正馈线连接，其中性点N按综合接地端子箱（即与轨道、地网相连接），高压绕组AB对应T1、F1绕组组成的低压绕组1，高压绕组CB对应T2、F2绕组组成的低压绕组2。

图4 V/X结线牵引变压器原理图

在AT供电运行方式中，低阻抗是V/X结线牵引变压器主要的特点之一。针对AT供电对阻抗的要求，变压器绕组为交错式绕组，通过交叉线圈以使漏磁相互抵消，实现了低阻抗及牵引绕组T和回馈绕组F阻抗的对称性。

3 V/X变压器应用优点

目前，国内电气化铁路AT供电方式下的牵引变压器主要为斯科特变压器。此种变压器提供的二次侧电压为27.5 kV，不能直接满足AT供电系统的要求，因此在斯科特变压器的二次出口处必须配备1台2×27.5 kV的自耦变压器来满足其特殊的供电方式。

V/X牵引变压器通过结线可以将三相供电系统转化为四相供电系统，满足三相电源输入两相输出的供电条件，提高了容量利用率，能一次有效地解决斯科特变压器不能直接满足AT供电要求的难题，同时也替代了斯科特变压器和自耦变压器的配合使用，简化了AT供电系统中牵引变电所的配置。V/X牵引变压器使用简单、维护方便，实现了单相牵引供电，同时也满足AT运行方式对阻抗值的严格要求；另一方面，我国许多新建铁路穿越在高山、丘陵地带，上、下行线负荷不同，两供电臂不等容牵引变压器的需求将会不断增加，而V/X结线牵引变压器可方便地实现两臂不等容；由于地理条件的限制，牵引供电区间距离和现场条件对牵引变压器的末端电压和安装提出了更高的要求，低阻抗（保证供电臂末端电压不影响电力机车运行）的性能特点和免吊芯（缩短安装时间，杜绝变压器器身受潮）的特点，符合高速铁路的发展和运行。

将三相V/X结线牵引变压器应用于自耦变压器（AT）供电方式牵引变电所，具有明显优势，比斯科特结线变压器省2台自耦变压器；远比采用Y，d11结线变压器或平衡变压器投资低、结线简单、维护方便。因此，我国高速铁路在AT供电方式下开始更多的采用V/X结线牵引变压器〔2〕。