CN1041138C - 多功能阻抗匹配牵引变压器 - Google Patents

Abstract

一种多功能阻抗匹配牵引变压器，其接线方式、阻抗匹配关系、匝数关系与专利申请号为CN92217901.8阻抗匹配平衡变压器相同，其特点是在二边相绕组fc号cg的中间，引出自耦抽头a和b，与底部结点c构成三相输出电压，供变电所的所用电、地区负荷供电和接入无功补偿与滤波装置之用。绕组ac的等值漏阻抗Z_ac与绕线fc的等值漏阻抗Z_fc(和绕组bc的等值漏阻抗Z_bc与绕组gc的等值漏阻抗Z_gc)的比值X，以及绕组ac的匝数W_ac与绕线fc的匝数W_fc(和绕线bc之匝数W_bc与绕组gc之匝数W_gc)的比值Y，分别按适应功能要求的一定比值关系所确定。

Description

多功能阻抗匹配牵引变压器

本发明属于一种多功能阻抗匹配牵引变压器。具体涉及将对称三相电力系统变换为二相幅值相等，彼此相位差为90°电角度的二相电力系统；或将幅值相等，彼此相位差为90°电角度的二相电力系统变换为对称的三相电力系统，且在实现三相变二相的同时，还具有三相变三相的变压功能，以实现对牵引变电所的所用电和邻近地区其他三相负荷供电，并可引接无功补偿装置与滤波装置以作改善功率因数与抑制谐波之用，在阻抗匹配原理之基础上实现多功能，以有效发挥牵引变压器的综合效益。

专利申请号为CN92217901.8的专利介绍了一种阻抗匹配平衡变压器。它包括铁心，A、B、C三相绕组、油箱及散热器等。三相侧为星形和三角形接线，二相侧在三角形接线的基础上，在中间相B相外加了二个支臂绕组。A、C相绕组的布置相同均为三绕组，中间相B相为四绕组，A、B、C三相电磁容量相等，安匝数各自平衡。各绕组的匝数关系为

W_AX＝W_BY＝W_CZ＝W_I

W_ax＝W_by＝W_ca＝W_II $W_{\mathrm{da}}=W_{\mathrm{ba}}=0.5(\sqrt{3}-1)W_{\mathrm{II}}$

W_c2＝W_a2

W_c3＝W_a3A、B、C三相各绕组的等值阻抗关系为

Z_AX＝Z_BY＝Z_CZ＝Z_I $Z_{\mathrm{ax}}=Z_{\mathrm{cx}}=\frac{1}{\sqrt{3}+1}{Z}_{\mathrm{by}}=Z_{\mathrm{II}}$ $Z_{\mathrm{ax}}=\frac{W_{a3}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^2}{Z}_{a2}^{\′}+\frac{W_{a3}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^3}{Z}_{a3}^{\′}$ $Z_{\mathrm{by}}=\frac{1}{2}(Z_{\mathrm{KB}14}+Z_{\mathrm{KB}24}^{\′}-Z_{\mathrm{KB}12}){\left(\frac{W_{\mathrm{II}}}{W_I}\right)}^2$ $Z_{\mathrm{ca}}={\left(\frac{W_{c2}}{W_{\mathrm{II}}}\right)}^2{Z}_{c2}^{\′}+{\left(\frac{W_{c3}}{W_{\mathrm{II}}}\right)}^2{Z}_{c3}^{\′}$

c、d、e三点短接时，从原方看进去的三相短路阻抗相等。

满足上述匝数关系及阻抗匹配关系的阻抗匹配平衡变压器当二相侧负载的大小及功率因数相同时，三相侧是对称系统，既无负序电流，又无零序电流。如果二相侧接的是幅值相等，相位差为90°的电源，三相侧得到对称的三相电压。上述阻抗匹配平衡变压器原方中性点能直接接地，主要用于110KV及以上电压的大电流接地系统，同时又能适用于三相电压较低的小电流接地的电力系统，三相侧调压抽头较容易，三次谐波电流较小，材料利用率较高。但是利用上述阻抗匹配平衡变压器作电气化铁道牵引变电所的主变压器时，所用电与邻近地区其他三相负荷，必须由附加的专用降压变压器来供电，设备较为复杂经济性相对较差；无功补偿装置必须设于牵引负荷侧，因其电压较高，成本较贵。此阻抗匹配平衡变压器虽可有效抑制负序电流，提供三次谐波的激磁电流回路，利于改善磁通和电势波形，但对抑制牵引负荷高次谐波的作用并不明显，须靠外加滤波装置来解决，与已有牵引变压器的滤波方式对比，没有本质改进，从这一点来看，经济效益仍不佳。

本发明的目的是提供一种在实现三相变两相的同时，具有三相变三相的变压功能，能给牵引变电所的所用电和邻近地区其他三相负荷供电，并可引接无功补偿与滤波装置，供改善功率因数与抑制谐波之用，本发明在专利申请号为CN92217901.8的阻抗匹配平衡变压器的基础上，进一步利用阻抗匹配原理开发新的功能，以发挥牵引变电所主变压器的多方面效益。

本发明的技术方案为：它包括铁心A、B、C三相绕组，油箱及散热器等，三相侧AX、BY、CZ为星形或三角形接线，二相侧在三角形接线的基础上，在中间相B相外加二个支臂绕组df与ge，A、C相绕组的布置相同均为三绕组，绕组fc(和cg)分成二个绕组fa、ac(和cb，bg)串联，中间相B相为四绕组，A、B、C三相电磁容量相等，安匝数各自平衡，各绕组的匝数关系为

W_AX＝W_BY＝W_CZ＝W_I

W_fc＝W_cg＝W_gf＝W_II $W_{\mathrm{df}}=W_{\mathrm{gc}}=0.5(\sqrt{3}-1)W_{\mathrm{II}}$

W_fa＝W_bg

W_ac＝W_cbA、B、C三相各绕组的等值漏阻抗的关系为

Z_AX＝Z_BY＝Z_CZ＝Z_I $Z_{\mathrm{fc}}=Z_{\mathrm{cg}}=\frac{1}{\sqrt{3}+1}{Z}_{\mathrm{fg}}=Z_{\mathrm{II}}$ $Z_{\mathrm{fc}}=\frac{W_{\mathrm{fa}}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^2}{Z}_{\mathrm{fa}}^{\′}+\frac{W_{\mathrm{ac}}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^2}{Z}_{\mathrm{ac}}^{\′}$ $Z_{\mathrm{gc}}=\frac{W_{\mathrm{gb}}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^2}{Z}_{\mathrm{gb}}^{\′}+\frac{W_{\mathrm{bc}}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^2}{Z}_{\mathrm{bc}}^{\′}$ $Z_{\mathrm{fg}}=\frac{1}{2}(Z_{\mathrm{KB}14}+Z_{\mathrm{KB}24}^{\′}-Z_{\mathrm{KB}12}){\·\left(\frac{W_{\mathrm{II}}}{W_I}\right)}^2$ 两支臂绕组的等值漏电抗相等，并在c、d、e三点短接时，按从原方看进去的三相短路阻抗相等的条件确定支臂的阻抗，本发明的特点是：在二边相f、c与c、g引出自耦抽头a和b，与底部结点c构成第三级三相输出电压，供牵引变电所的所用电，地区负荷供电和接入无功补偿与滤液装置之用，其抽头位置由其供电电压及绕组的阻抗匹配关系来确定，通常情况下可取第三级电压U_III＝10.5KV，绕组ac的等值漏阻抗Z_ac与绕组fc的等值漏阻抗Z_fc(和绕组bc的等值漏阻抗Z_bc与绕组gc的等值漏阻抗Z_gc)的比值X，以及绕组ac的匝数W_ac与绕组fc的匝数W_fc(和绕组bc之匝数W_bc与绕组gc之匝数W_gc)的比值Y，应分别满足下述关系

X＝0.070249U_III

Y＝0.0434336U_III

U_III＝U_ac＝U_bc＝U_ab＝YU_fc

满足上述关系的多功能变压器除了当二相侧负载的大小及功率因数相同时，三相侧是对称系统，既无负序电流，又无零序电流之外，尚能提供三相电源供所用电，地区负荷或无功补偿与滤波之用。

此多功能阻抗匹配牵引变压器主要适用于铁道供电系统的直供或BT供电方式。变压器的三相侧接于三相电力系统，中性点N可根据电力系统的要求接地或不接地，二相侧分别向上、下行牵引网供电。由于该变压器还能将三相高压电源变换为三相低压电源，所以还能给所用电与地区负荷提供电源以节省一台专门的降压变压器。由于无功补偿可在三相低压侧进行，所以可以降低无功补偿设备的绝缘水平，因而可以降低造价。由于变压器本身与外加电容一起可以构成高次谐波的通路，所以可以提高滤波效果而有利抑制高次谐波成份，减少谐波对三相电力系统的影响而提高供电质量，与专门外加滤波装置相比，其费用可明显减少。总之利用此多功能变压器作为铁道电气化牵引变电所的主变压器，不仅可有效抑制负序电流，并可利用安匝平衡作用来消除传入原方三相系统的高次谐波，有利降低变电所的投资费用，经济和技术效益显著。

下面结合附图对本发明进一步说明如下：

图1为本发明的绕组接线图。

图2为本发明的变压器的绕组布置及连接方式的实施例的示意图。

图3为说明本变压器滤除高次谐波的原理图。

如图1所示，AX、BY、CZ分别为A、B、C三相侧的绕组。N为中性点，可根据需要接地或不接地。fc为A相三角形接线内的绕组，a为中间抽头，cg为C相三角形接线内的绕组，b为中间抽头，gf为B相三角形内接线的绕组，df和ge为中间相B相的二个支臂绕组。三个负载Z_a、Z_b、Z_c可以是所用电，地区负荷、无功补偿或滤波的外接负荷。

如图2所示，AX、BY、CZ为A、B、C三相侧的绕组，N为中性点可根据需要接地或不接地。fc、fg、cg分别为A、B、C三相在二相侧的三角形接线内的绕组，其中fc由fa、ac二个绕组串接，a为中间抽头，cg由cb、bg二个绕组串接，b为中间抽头。变压器的铁心为等截面三柱式铁心，A、C相绕组布置相同，为三绕组变压器，绕组AX(和CZ)布置在最外层(或最内层视降压或升压而定)，绕组fa(和bg)分成三个部分相串联，绕组ac(和cb)分成二个部分相串联。B相为四绕组变压器。同A、C相一样，绕组BY可布置在最外层(或最内层)，绕组fg布置在最内层(或最外层)，二支臂绕组df、ge分别由二个绕组交叉串接布置于中间层，这样可减少支臂绕组df、ge的等值漏阻抗，并通过布置的对称性保证两者的阻抗相等并改善安匝平衡，以减少横向漏磁。

如图3所示，ac、cb、ba之间分别外接三个相同的电容。对基波来说，变压器绕组作为电压源，电容器为接入电压源的容性负荷。对谐波来说，二供电支臂回路为电流源，电容器成为绕组的分流支臂。绕组fg的感抗随谐波次数的增高成比例增大，而电容器回路的容抗则成反比例减小，谐波电流将主要从fa支路经电容返回。这时对低压侧a相的ac部分绕组来说，相当于谐波电流经电容电抗短路。绕组ac流过与绕组fa相反方向的电流，故该同相的二部分绕组起着自耦联系的安匝平衡作用。与此同时，当绕组df流过高次谐波电流时，绕组fg由于磁耦联系要产生相应谐波次数的电势，经ab间的电容形成闭合回路，使该相绕组的不同部分保持安匝平衡。这样，换算到原方三相系统的高次谐波应接近为零，即高次谐波电流经电容器返回而不注入到原方三相系统。

本发明主要适用于电气化铁道牵引变电所的主变压器或其他需要将对称的三相电压变换为二相幅值相等，相位差为90°的电压，或进行上述反变换且需要低压三相电源以供给所用电、地区负荷或作为无功补偿或滤波的情况。

Claims (1)

1、一种多功能阻抗匹配牵引变压器，包括铁心、A、B、C三相绕组，油箱及散热器等，三相侧AX、BY、CZ为星形或三角形接线，二相侧在三角形接线的基础上，在中间相B相外加二个支臂绕组df与ge，A、C相绕组的布置相同均为三绕组，绕组fc分成两个绕组fa、ac串联，绕组cg分成两个绕组cb、bg串联，中间相B相为四绕组，A、B、C三相电磁容量相等，安匝数各自平衡，各绕组的匝数关系为

W_AX＝W_BY＝W_CZ＝W_I

W_fc＝W_cg＝W_gf＝W_II $W_{\mathrm{df}}=W_{\mathrm{gc}}=0.5(\sqrt{3}-1)W_{\mathrm{II}}$

W_fa＝W_bc

W_ac＝W_cbA、B、C三相各绕组的等值漏阻抗的关系为

Z_AX＝Z_BY＝Z_CZ＝Z_I $Z_{\mathrm{fc}}=Z_{\mathrm{cg}}=\frac{1}{\sqrt{3}+1}{Z}_{\mathrm{fg}}=Z_{\mathrm{II}}$ $Z_{\mathrm{fc}}=\frac{W_{\mathrm{fa}}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^2}{Z}_{\mathrm{fa}}^{\′}+\frac{W_{\mathrm{ac}}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^2}{Z}_{\mathrm{ac}}^{\′}$ $Z_{\mathrm{gc}}=\frac{W_{\mathrm{gb}}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^2}{Z}_{\mathrm{gb}}^{\′}+\frac{W_{\mathrm{bc}}^2}{{W_{\mathrm{II}}}^2}{Z}_{\mathrm{bc}}^{\′}$ $Z_{\mathrm{fg}}=\frac{1}{2}(Z_{\mathrm{KB}14}+Z_{\mathrm{KB}24}^{\′}-Z_{\mathrm{KB}12})\·{\left(\frac{W_{\mathrm{II}}}{W_I}\right)}^2$

两支臂绕组的等值漏阻抗相等，并在c、d、e三点短接时，按从原方看进去的三相短路阻抗相等的条件确定支臂阻抗，本发明的特征是：在二边相f、c与c、g引出自耦抽头a和b，与底部结点c构成第三级三相输出电压，供牵引变电所的所用电，地区负荷供电和接入无功补偿与滤波装置之用，其抽头位置由其供电电压及绕组的阻抗匹配关系来确定，绕组ac的等值漏阻抗Z_ac与绕组fc的等值漏阻抗Z_fc以及绕组bc的等值漏阻抗Z_bc与绕组gc的等值漏阻抗Z_gc的比值X，绕组ac的匝数W_ac与绕组fc的匝数W_fo以及绕组bc之匝数W_bc与绕组gc之匝数W_gc的比值Y，应分别满足下述关系

X＝0.070249UIII

Y＝0.0434336UIII

U_III＝U_ac＝U_ab＝Y_Ufc

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