电气化铁路新型平衡变压器电气特性研究

汪科

摘 要 面对电气化铁路中出现的零序电流和负序电流问题，只有改进目前的变压器，实现变压器的技术含量提升才有可能解决这个问题。目前我国电气化铁路的发展已经进入到一个全新的时代，其中很大程度上与我国技术的改进、技术的创新有关联。而电气化铁路新型平衡变压器就属于其中的一种。本文重点分析电气化铁路新型平衡变压器的电气特性，从铁芯绕组结构、组间平衡条件、短路阻抗关系、解耦条件和变换关系5个方面进行分析，从而更加全面、客观地了解电气化铁路新型平衡变压器的电气特性。

关键词 电气化铁路；新型平衡变压器；电气特性

中图分类号 U2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）12-0041-01

我国非常重视电气化铁路的发展，电气化铁路具有经济、环保和牵引功率大的优势，对提高我国铁路运输能力、促进经济高速发展、社会稳定发展有着积极意义。我国之前的电气化铁路由于受到技术等因素的影响，在供电方式上主要是采用单相交流供电，这种方式存在一定的弊端，在一定程度上抑制了我国电气化铁路的发展，甚至可以认为会在一定程度上对供电系统带来不好的影响。为了能够解决这些问题，一种新型的平衡变压器被研究出来，此次研究的重点是对其电气特性进行

分析。

1 电气化铁路新型平衡变压器电气特性分析

1.1 电气化铁路新型平衡变压器铁芯绕组结构

关于新型平衡变压器其铁芯绕组结构的选择上，目前有多种形式，而考虑到电气化铁路的要求与特征，最后确定为两种结构，一种为柱式，另一种为壳式铁芯绕组结构。柱式铁芯绕组结構见图1。壳式铁芯绕组结构中A相和C相的3个绕组是对称布置在铁芯两边的窗口。综合各个方面的因素考虑，同时结合两种不同铁芯绕组结构的优劣势，可以考虑采用柱式铁芯绕组结构。

1.2 电气化铁路新型平衡变压器绕组间平衡条件

在以往的平衡变压器中，其一个明显的特性就是在牵引侧带变化负载时，平衡变压器牵引运行时一次测电流无零序分量，但是会存在负序分量。通过计算可以了解到新型平衡变压器一次侧的电流矩阵，同时考虑到平衡变压器牵引侧负载变化，一次侧电流无零序分量，通过计算能够得到平衡条件。

1.3 电气化铁路新型平衡变压器短路阻抗关系

新型平衡变压器是用绕组之间的短路阻抗关系作为匹配条件的[2]，假设新型平衡变压器绕组之间存在的短路阻抗关系能够满足平衡条件，则新型平衡变压器一次侧电流无零序分量。

1.4 电气化铁路新型平衡变压器电气解耦条件与变换关系

分析平衡变压器的特性，其中最明显的一个特征就是两者之间不会受到干扰，这在很大程度上确保了整个线路的运行，这是新型平衡变压器与传统平衡变压器之间一个非常大的不同，正是因为这个特征即使一侧出现变化另一侧也完全不会受到影响或者干扰，满足两相解耦的条件。从侧面也可以发现新型平衡变压器具有非常明显的自然解耦特点，则使得新型平衡变压器在实际工作中的应用范围可能更加广泛。

关于新型平衡变压器平衡变换关系，其中包括两相—三相变换关系，三相—两相变换关系。通过上述的研究发现新型平衡变压器采用的是星形接地结构，牵引侧采用的是三角形接线结构。

2 新型平衡变压器电气特性的仿真实验分析

之前针对新型平衡变压器的电气特性分析更多是理论的探讨，为了能够更加准确、更加客观地了解新型平衡变压器的电气特性，本文在Matlab/Simulink仿真实验平台上进行相关实验分析。通过一系列的实验目的就是为了了解新型平衡变压器一次侧与牵引侧之间的绕组的匝数比关系、平衡条件、绕组短路阻抗关系和两项解耦条件。

1）关于新型平衡变压器空载实验。可以考虑将其设置为两相空载的转改，然后实验得到一次侧电压波形，通过分析得到的波形图可以发现其与正弦波类似，从得到的结果可以发现新型平衡变压器能够实现三相对称高压的转换，最后百年城两相对称低压。

2）新型平衡变压器平衡变换实验，在该实验中主要是进行两相—三相平衡变换实验和三相—两相平衡变换实验，通过分析发现当新型平衡变压器一次侧介入110kV三相电力系统时，牵引侧两相电流幅值相等，这项结果提示新型平衡变压器具有平衡变换性能。

3）在进行短路实验的过程中，主要分为2个小实验进行，包括牵引侧α相或β相短路、牵引侧两相短路，通过实验发现新型平衡变压器出现短路时，其会出现一次测电流对称、一次零序分量、负序分量为0的情况，如果是牵引侧两相短路，通过实验发现当新型平衡变压器出现了两相短路时，得到的结果却是不对称和负序分量。

4）在负载试验的过程中得到的结果却是新型平衡变压器与阻抗匹配牵引变压器牵引侧电流对称，零序电流都接近0。

3 结论

本文将研究的重点放在了新型平衡变压器的电气特性分析方面，在基于等方程等理论的基础上设计了一种新型平衡变压器，同时中倪丹对新型平衡变压器绕组见的平衡条件、电流矩阵的鞥进行了分析，发现这个新型平衡变压器步骤简单、绕组结构对称、能够满足平衡变换性能和自然解耦条件，材料的利用率高。

参考文献

[1]刘谋君，罗隆福，张志文，等.星形-双梯形接线平衡变压器负序及效率分析[J].电力自动化设备，2012，32（8）：66-70.

[2]贺达江，罗隆福，刘亮元，等.阻抗匹配三相变四相变压器数学模型及应用研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2010，37（6）：46-51.

[3]张志文，陈明飞，胡斯佳，等.基于星形三角形接线多功能平衡变压器的负序和谐波综合治理系统[J].电力自动化设备，2014，34（9）：159-165.

[4]胡斯佳，张志文，李勇，等.一种绕组补偿式电气化铁道电能质量控制系统[J].中国电机工程学报，2014，34（13）：2140-2150.