Scott接线变压器误接地问题分析及仿真验证

曾 元 马庆安 王春利

（1.中铁武汉电气化局集团成都分公司，四川 成都610031；2.西南交通大学电气工程学院，四川 成都610031；3.四川师范大学通信工程学院，四川 成都610068）

0 引言

我国部分铁路牵引变电所使用了Scott接线变压器，该接线变压器的特点是没有接地点［1］。部分牵引供电系统设计、现场运行人员对此特点认识不清，可能做出将Scott接线变压器中T座、M座的连接点接地的举动，从而产生错误的运行方式而引发严重后果。本文从理论、仿真方面阐述这种做法的危害，便于设计、运行人员参考。

1 理论分析

正常运行时，A、B、C三相对地电压是对称的，0点为地电位点，但该点并没有引出、接地，如图1所示。110 k V及以上电力系统的中性点使用大电流接地方式。变压器T座使用A、B相间的线电压，变压器T座的中点D在正常时与大地（0点）间存在电位差。因此，D点不能接地。

图1 Scott接线变压器及电压矢量图

若将D点强行接地，则Scott接线变压器空载时的电路如图2（a）所示。将图2（a）的D点分裂为2个，得图2（b）。将图2（b）扭转，得图2（c）。将B相电压反向，得图2（d）。由图3所示的电压矢量图可知，A相电压与B相的反向电压存在角度差，且B相的反向电压领先于A相电压，就会导致电流或功率从B流向A。由于变压器T座的漏抗很小，该环流电流（功率）将非常大，从而就会在电力系统中产生电压的不对称。环流电流可由如下方法计算：

（1）首先计算出Scott接线变压器空载时其一次侧绕组的等值漏抗Ztr。由图2（d）可见，其值应为2段绕组的漏抗之和。

（2）由Scott接线变压器一次侧的短路容量计算系统每相等值阻抗Zs。

（3）环流电流回路的总阻抗为：

（4）计算A相、B相的反向电压之间的电压差，此电压模值等于相电压。

（5）计算环流电流，为：

图2 Scott接线变压器空载时的等值电路

图3 电压矢量图

2 仿真分析

设Scott接线变压器额定容量为31.5 MVA，额定电压为110 k V／27.5 k V，一次侧两端绕组的短路电压百分数均为5%。牵引变压器一次侧的系统短路容量为500 MVA。忽略电阻，可计算出Scott接线变压器的等值阻抗为：

系统每相阻抗为：

回路总电抗为：

I＝Uφ／Z∑ ＝63.5／52.24＝1.216 k A

使用Matlab（图4）进行仿真分析，可得电压、电流波形，如图5所示。为清晰起见，电流放大了10倍。可见，B相电压、电流基本同相，而A相电压、电流基本反向，表明B相有功率通过Scott接线变压器传递到A相。由图5可见，A、B相电流的峰值约为1.71 k A，有效值约为1.2 k A，和理论计算非常接近，验证了本文的理论分析。

图4 Matlab仿真电路图

图5 A相、B相电压、电流波形

3 结语

本文从理论上分析了Scott接线变压器T座、M座的连接点接地后的环流问题，并进行了仿真验证。结果证明了Scott接线变压器T座、M座的连接点接地后，A相电压与B相的反向电压存在角度差，且B相的反向电压领先于A相电压，导致电流或功率从B流向A。由于变压器T座的漏抗很小，该环流电流（功率）将非常大，从而就会在电力系统中产生电压的不对称。因此，要避免在设计和运行中将T座、M座的连接点接地。

［1］李群湛，贺建闽.牵引供电系统分析［M］.第2版.成都：西南交通大学出版社，2010