电气化铁道供电牵引电力变压器的分析

李超 李健

【摘 要】随着科学技术飞速发展，电气化铁道的发展也迈上了新台阶，各项技术发展成熟，整体性能发挥优良，为铁路事业的发展做出了不可磨灭的贡献。尤其是电气化铁道供电牵引电力变压器的创新发展，在很大程度上提升了我国铁道的安全等级。本文阐述了电气化铁道的内部结构和牵引供电系统中电力变压器的连接方式，仅供参考。

【关键词】电气化铁道;供电牵引;电力变压器

引言

电气化铁路属于当代的一种交通运输工具，是通过电能作为牵引动力进行运作的。电气化铁路的牵引供电系统自身无法形成电能，而是向电力机车传输电力系统的电能。随着我国电力牵引技术的不断创新和优化，在铁路运输行业中，大功率、高速度且具有较强过载能力和输送能力的电力机车必定会被大众所认识。电气化铁路主要由两个部分组成：一是电力机动车;二是牵引供电系统。而在电力牵引供电系统中牵引变压器是最为核心的部分，其作用非常重要，不仅能够实现变压、供电以及让负序电流和高次谐波对电力系统的影响得以降低，同时还能够无偿的补偿电力系统。由此可见，牵引变压器设计在电气化铁路中具有非常重要的地位和非常关键的作用。

1电气化铁道的内部结构

1.1电气化铁道内部原理

电气化铁道本身是由电力机车和牵引供电系统组成的。伴随着信息技术的快速发展，电气化铁道的内部结构处于不断优化和发展的过程中。现阶段电气化铁道集中表现为四种体制，即直流体制、三相甲流体制、单工频交流体制和单低频交流体制[1]。这几种体制在具体应用的过程中具有差异化的特点。同时，这些体制在应用的过程中，还与当地的经济发展程度有关。不同国家的经济发展水平存在明显差异，在电气化铁道的应用过程中也存在明显的区别。现阶段我国在电气化铁道的应用过程中，最常使用的25kV的工频单相交流体制。现在，中国的经济实力不断提高，科学技术飞速发展，电气化铁道的应用技术得到广泛发展，电能资源的转换和利用程度也逐步提升，这在很大程度上优化电气化铁道的整体水平。

1.2牵引供电系统的原理

牵引供电系统主要包括交流高压输电线、直接牵引的变电所、轨道、回流线等8部分，具有多种的工作模式和工作原理。在电气化铁道中，一般都是将三相交流电作为第一供电系统，而第一供电系统的作用就是发电、转变电压和输送电能。另外，牵引供电系统其他组成部分就是为电气化铁道的大量負荷起到牵引作用，从而借助整个系统将电能转化成动能提供给电车。这其中电力变压器作为最重要的组成部分，主要任务就是对三相交变电流进行转化，将电能传递到电力机车系统。

2电气化铁道供电牵引电力变压器的连接方法

2.1单相接线变压器

单相接线变压器主要分为两种：一种是纯单相变压器，它是通过高压侧接三相电源中的任意某两相，电压在110kV或220kV。牵引母线和低压侧绕组首端进行连接，钢轨、地接和末端进行连接，电压输出为27.5kV。通过和牵引母线的一段进行连接，并供电给两侧的供电臂。由于纯单相变压器的绕组分别和一次侧电源、二次侧电力机车进行连接，因此，材料的利用率都为100%;另一种为V/V接线变压器，它是由两台单相接线牵引变压器接线成V/V状。这种变压器一次侧绕组和电力系统的两个线电压进行连接，二次侧则和牵引线的两相母线分别连接，轨道、接地网和公共端子进行连接。因此对地电压存在不一样的相位，所以需要运用分相绝缘器将中间断开。在这种接线变压器中，会存在两个独立的单相。当其中一台变压器出现故障停电后，另一台变压器则可以进行跨相供电，也就是能够成为两边共同的供电分区的牵引网。一般这种接线变压器容量利用率能够达到100%。

2.2三相接线变压器的连接方式

在一个牵引变电所之内，一般会存在两三台三相接线变压器，组成的变压器组有3组，一次绕组连接在110kV高压侧产生的形状为星形，与牵引网连接的二次侧绕的形状为三角形。而供电臂就是与三角形的2个角分别进行连接，另一侧接在行车轨道上。三角形2个角的轨道电压是不相同的，所以，要进行电分相设置。对于三相变压器而言，根据地区负荷来选择变压器时，牵引变压器中2个绕组就能完全应付负荷。目前，在我国这种连接方式非常普遍，其优点就在于造价低、占地面积小、在三相电力系统中不会引起电流不对称。但它也存在明显的缺点——在三相变压器中不能利用没有连接钢轨的一相容量。

2.3变压器形成的V/V形态

在牵引供电系统中，这种变压器的作用也非常明显，通过科学的连接方式，能够形成效能稳定的V/V形态，以此来发挥保证整个牵引系统的高效稳定传输。这类变压器在实际应用过程中，会出现两个单相，这就使得变压器在实际作用过程中，能够留有“后手”，若其中一台变压器无法发挥作用或者效能有所降低，那么另一台变压器将予以替换，并投入使用，以此来整体保证变压器的稳定运行。实践证明，这种接线形态能够最大化提升变压器的性能，同时也能够提升电能的利用程度。

2.4斯考特接线变压器

这种接线方法在国外被称为Scott接线。它的主要作用是让单相牵引负荷电力系统的不对称影响得到改善。在斯考特接线变压器中，通常会设置两个单相变压器。两台变压器具有不一样的侧边绕组匝数，但却具有相同的次边绕组匝数，促使变压器侧边匝数是变压器原来边匝数的两倍多。这种匝数比例能够让两个变压器具有相同的次边电压数值。从牵引角度上来看，这种接线方法非常相似于V形接线，但是，它的接触网两端电压相位差距90°。这种接线方式的优点在于：能够让三相电力系统的负荷更加容易实现对称，但是这种接线需要的变压器较为特殊，且当变压器发生故障时，存在较为复杂的转换程序。当地区负荷存在时，还需要将专用变压器给建立起来。

结语

对于铁路运输发展而言，电气化铁道供电牵引电力变压器的研究十分重要，它的发展可以让电力系统运行越来越稳定，在节约能源基础上增强铁道运输动力，同时，还可以对电力系统进行有效补偿，体现了电气化铁道供电系统中牵引电力变压器发展的重要意义。

参考文献：

[1]张景景，刘雨欣.电气化铁道供电牵引电力变压器的分析[J].科技与创新，2017（12）：107-108.

[2]王凡.电气化铁道供电牵引电力变压器分析[J].工程技术（文摘版），2016（11）：271.

（作者单位：沈阳地铁有限公司运营分公司）