采用不同基准容量计算VX接线单相三绕组牵引变压器阻抗电压的研究

武利军

(卧龙电气银川变压器有限公司，宁夏 银川 750001)

目前，世界上电气化高速铁路主要采用 AT 供电方式和直接供电方式(包括直供加回流线供电方式)2种。AT 供电方式具有供电能力大和电压损失小等优点，适用于高速和重载的重负荷铁路及运输繁忙干线，是电气化铁路供电方式的发展方式。AT 供电方式有以下变压器接线方式可供选择：单相接线、Scott 接线、Wood-Bridge 接线、十字交叉接线和 VX 接线。 其中 VX 接线牵引变压器，具有供电能力强、投资成本低及占地面积小等显著优势。

中国高铁经过20多年的发展，VX接线单相三绕组牵引变压器在高铁线路中的应用越来越广泛。伴随着VX接线牵引变压器的快速发展，出现了设备技术文件对阻抗电压计算选用的基准容量规定不统一等问题。

从近几年中国国家铁路集团有限公司发布的VX接线单相三绕组牵引变压器招标文件中发现，对阻抗电压计算采用高压绕组容量还是中压绕组容量为基准存在不同的技术要求，因此，无论从铁路运营还是从牵引变压器设计角度考虑，都应该统一标准。为此，本文从VX接线单相三绕组牵引变压器的阻抗、成本、能耗角度对采用2种基准容量设计的牵引变压器进行数据对比分析，为今后统一阻抗电压选用基准提供技术支持。

1 VX接线单相三绕组牵引变压器技术要求

1.1 VX接线单相三绕组牵引变压器基本技术参数

表1是电压等级为220 kV，额定容量为40 MV·A的VX接线单相三绕组牵引变压器的基本技术参数。

表1 产品基本技术参数

表1中损耗允许偏差值为空载损耗、负载损耗的允许偏差不应超过15%，总损耗的允许偏差不应超过+10%。

1.2 VX接线单相三绕组牵引变压器阻抗技术要求

采用2种基准容量计算阻抗的技术要求对比见表2。同一产品的阻抗电压、短路阻抗匹配条件相同，只是计算阻抗电压时选用的基准容量不同[1-3]。针对以上技术要求的不同点，根据招标文件的要求，分别设计了2种方案：方案1产品阻抗以中压绕组容量为基准设计，方案2产品阻抗以高压绕组容量为基准设计。

并按照方案生产对应技术条件的产品交付用户使用。

2 2种方案产品设计数据及试验数据对比分析

2.1 2种方案阻抗电压对比分析

根据不同基准设计的方案，阻抗差异对比见表3。

表3 2种设计方案阻抗差异对比

根据表3数据分析，方案1以中压容量为基准设计阻抗为10.55%，折算到以高压绕组容量为基准后的设计值为16.85%，比方案2阻抗10.61%增加59%。同理，以变压器正常运行状态为基准，T-F串联阻抗方案1比方案2阻抗同样增加59%。

因此，通过数据对比发现：方案1无论是折算到以高压容量为基准还是在变压器正常运行状态下(T-F串联对高压阻抗)，阻抗显著增大，阻抗增加接近60%，阻抗增大，变压器漏磁就会增加，漏磁增大杂散损耗与负载损耗就会增大，所以，要将损耗降到技术要求范围内，方案1产品成本必然高于方案2。

2.2 2种方案成本核算

方案设计完成后，产品成本见表4。

表4 成本核算

2.3 设计方案成品试验数据验证

(1)方案1成品试验验证数据见表5。

表5 方案1成品试验验证结果

根据表5试验验证数据，方案1成品试验数据偏差均在技术要求范围内。

(2)方案2成品试验验证数据见表6。

表6 方案2成品试验验证结果

根据表6试验验证数据，方案2成品试验数据偏差均在技术要求范围内。

2.4 2种方案成品试验数据及成本对比

2种方案设计的产品均满足技术要求，需对2种成品试验数据及成本进一步对比分析才能确定两种产品的优劣性。对比结果详见表7。

表7 2种方案成品试验数据及成本对比

2.5 最优方案的确定

通过表5与表6的试验验证，可以确定2种产品均满足技术要求。根据表3及表7分析二者之间的优缺点。

(1)从成本角度分析，以中压容量为基准设计的产品比以高压容量为基准设计的产品，阻抗增加57%，成本增加13.29%。

(2)从能耗角度分析，虽然2种方案损耗数据相差不大，但如果以中压绕组容量为基准，又要控制成本，那么在同一阻抗同一成本的情况下，方案1的负载损耗设计值会比标准值超标32%，这会导致设备能耗增加，铁路运营费用也会大幅攀升。

无论从降低铁路牵引供电设备购置费或者运营费用为目的，还是从兼顾用户及变压器制造厂家经济效益为前提进行分析，方案2明显优于方案1，因此确定方案2(以高压绕组容量为基准)为最优方案。

3 结 论

为了选取适当的牵引变压器技术参数，同时做到满足供电需求时、兼顾铁路运营成本，针对技术文件中VX接线单相三绕组牵引变压器阻抗计算选用基准不同，分别设计了2种技术方案，并投产了对应产品，文中对2种设计方案分别进行了分析与研究。

2种方案均对阻抗进行重点计算，解决了VX接线单相三绕组牵引变压器阻抗计算采用基准不同且要满足阻抗匹配≤0.45 Ω的难点，并用成品试验数据验证了产品性能，达到了预期设计目标。

并结合2种设计方案的成品试验数据，通过对设计阻抗、成本、损耗的对比分析，确定了最优方案。

经过设计、试验数据验证及分析表明：以高压绕组容量为基准设计的产品性价比更高。而以中压绕组容量为基准设计的产品，不是成本高就是能耗高，二者不能同时兼顾。因此，VX 接线单相三绕组牵引变压器阻抗设计应以高压绕组容量为基准[4-6]。