单线电气化铁路牵引变压器容量计算分析

陈修涛，胡军利

（1.中铁西安勘察设计研究院有限责任公司；2. 中国铁路西安局集团有限公司宝鸡供电段）

1 引言

牵引变压器是为电力机车提供能量的关键设备，其容量大小关系到电气化铁路的运营安全及运营成本，容量过小会造成牵引变压器负荷率过大，影响牵引变压器寿命[1]，容量过大会造成能源浪费，增加运输部门经济负担，不符合国家节能减排的要求。为此，对千阳牵引变电所变压器容量重新研究，分别用“平均运量法”、“概率统计法”计算了牵引变压器容量，并基于实测数据对变压器容量的选择进行分析，保证了变压器容量选择的合理性。

2 项目概况

千阳牵引变电所变压器1995年投入运行，进线电压等级为110kV，运行容量为40MVA，结线型式为YN，d11接线。由于该牵引变电所供电臂范围内年运量变小，既有牵引变压器容量偏大，负载率低，造成能源浪费，故需对该所牵引变压器容量重新计算。更换后的牵引变压器结线形式选用容量利用率高的三相V/V结线形式，运行容量为（16+16）MVA。

3 牵引变压器容量计算

3.1 计算条件

①正线数目：单线；②限制坡度：双机13‰；③机车速度：80km/h；④牵引定数：5000t；⑤机车类型：客运采用SS6型，货运采用HXD3、SS4型；⑥闭塞类型：半自动闭塞；⑦行车对数：27对/天；⑧千阳牵引变电所供电范围（见图1）。

⑨牵引计算结果，如表1所示。

3.2 牵引变压器容量理论计算公式

1）供电臂内列车用电平均电流It：

2）馈线平均电流Ip：

图1 千阳变电所供电范围示意图

表1 牵引计算结果

式中，N为供电臂的列车对数；T为全日时间，即1440min；其余参数含义同上式。

3）供电臂内n个区间的列车用电平均概率p：

式中，T为全日时间，即1440min；n为区间数；其余参数含义同上。

4）馈线有效电流系数Kx：

式中参数含义同上。

5）馈线有效电流

式中，Kx为馈线有效电流系数；Ip为馈线平均电流。

6）供电臂短时最大工作电流Ibmax：

式中，ns供电臂用电运行列车数概率积分曲线的95%概率积分对应的最大列车数；It为供电臂内列车用电平均电流，A。

7）三相V/V接线牵引变压器计算容量：

式中，U为牵引变电所牵引侧母线额定电压，V；Ie为牵引变电所牵引侧母线有效电流，A。当该母线上只有一条馈线时，母线有效电流即馈线有效电流。

8）三相V/V接线牵引变压器校核容量S校：

式中，Smax为牵引变压器的最大容量，KV·A；K为牵引变压器的过负荷倍数。

3.3 牵引变压器容量理论计算结果

4 基于实测数据的牵引变压器容量选择分析

4.1 基于实测数据的牵引变压器容量计算结果

1）馈线平均电流Ip：

式中，T为计算时间，S；ia为供电臂瞬时电流，A。

2）馈线有效电流Ix：

利用牵引变电所综合自动化系统后台数据进行分析，随机抽取一个月牵引负荷[2]，得出结果如表3所示：

4.2 基于实测数据的牵引变压器容量选择分析

为方便分析，将理论计算结果与基于实测数据计算结果的差异进行对比，如表4所示。

表2 牵引变压器容量理论计算结果

表3 基于实测数据的牵引变压器容量计算结果

表4 计算结果差异对比

由上表可以看出来，理论计算的结果与基于实测数据计算的结果有一定的误差，产生误差的原因除与综合自动化系统的记录精度、选取的样本有关外，还与线路坡度、接触网分相位置、车站位置、机车类型等因素有关[3]，具体分析如下。

4.2.1 线路坡度的影响

列车实际运行过程中，列车牵引负荷电流受牵引货物的重量、司机操控等因素影响经常变动，而牵引供电计算是从能耗角度计算的，在坡度较大的情况下得出的列车平均电流往往较大。

4.2.2 接触网分相位置与车站位置关系的影响

由牵引计算的过程可知，其计算结果体现的是车站到车站的数据，而牵引供电计算的结果体现的是变电所到接触分相的数据。接触网分相位置不可能与车站中心位置重合，所以会导致误差的产生。

4.2.3 机车类型的影响

由于在牵引计算时只能使用一种机车类型，而实际运行中往往多种机车混跑，因此也会导致误差的产生。

根据理论计算与实测数据计算结果及其对比分析，综合考虑计算误差、线路通过能力、预留储备能力等因素，故本工程牵引变压器容量选择为（16+16）MVA[4]。

5 结语

通过牵引变压器容量选择的分析可以看出，单线电气化铁路采用“平均运量法”、“概率统计法”等理论计算方法对牵引变压器容量计算均具有较好的适应性；在既有线改造工程中，利用实测数据对牵引变压器容量进行计算，可进一步验证理论计算结果的正确性。本文通过理论计算与实测数据计算两种方法合理的选择了牵引变压器容量，满足了牵引供电系统的可靠性、经济性[5]。