CN105810421A - 一种单相十分裂高阻抗牵引变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，包括铁芯，所述的铁芯由铁芯柱一、铁芯柱二、上铁轭、下铁轭和夹件构成，所述的下铁轭中部断开并设置有一个不导磁的间隙，所述的铁芯柱一和铁芯柱二上均沿轴向方向放置有五个线圈组，每个线圈组均由一个高压线圈和一个低压线圈组成，其中一个线圈组的外侧设置有一个辅助线圈，所述的十个低压线圈的首末端分别引出，所述的辅助线圈末端单独引出；本发明低压侧各绕组之间的耦合系数极低，各低压绕组的短路阻抗不平衡度极小，使得与之连接的变流装置不会相互影响，运行时无直流偏磁影响，铁芯噪音低，抗干扰能力强，同时内部有磁屏蔽，对外电磁干扰小。

Description

一种单相十分裂高阻抗牵引变压器

技术领域

本发明属于轨道交通高压大功率变流技术领域，涉及一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，可用于铁路接触网动态无功补偿、铁路接触网有源滤波、铁路牵引供电臂功率调节、铁路牵引同相供电、铁路列车不断电过分相等高压大容量电力电子变流系统的整流降压变压器或逆变升压变压器。

背景技术

电气化铁路在国民经济建设和发展中发挥了巨大作用，随着市场经济和电气领域相关行业的发展，电气化铁路技术得到了长足的发展，电气化铁路朝着高速、大功率发展。我国铁路牵引网采用分相分段式单相工频交流供电，一方面该供电方式存在负序、谐波、无功功率等电能质量问题，另一方面，该供电方式存在列车过分相问题。

针对铁路牵引供电电能质量问题，一种先进的技术路线是采用四象限运行的高压大功率变流系统对牵引供电网络的负序、谐波、无功功率进行综合治理。

针对现有牵引供电的列车过分相问题，一种技术路线采用四象限运行的高压大功率变流系统的同相供电技术，另一种技术路线是运用四象限运行的高压大功率变流系统，从接触网一侧供电臂取电将电能变换给中性段供电的连续供电技术。

无论是解决铁路牵引供电电能质量问题还是解决现有牵引供电的列车过分相问题，都涉及到运用四象限运行的高压大功率变流系统（容量不小于10MVA）。

已有的高压大功率变流系统主要采用两种技术路线。

一种是不需要降压变压器或升压变压器的直接高—高变流拓扑技术，即：采用功率器件或功率模块直接串联的变换器，该拓的缺点是接触网的电压等级高，波动范围大，现有的变流技术设计不成熟，同时，各功率模块电气相互连接，当其中某些功率故障后，变流器将不能输出额定电压，系统可靠性不高。

另一种技术路线是采用降压变压器或升压变压器的高—低—高变流拓扑技术，即：通过变压器将接触电降压后送给低压变流装置进行电能变换，再通过变压器将低压变流装置输出的低压电升压成高压电馈送给接触网，由于中间环节为低压，目前国内两电平或三电平的低压电力电子变流装置相对成熟。

而为了达到解决接触网问题的变流系统容量一般都不小于10MVA，目前国内单台容量与之相匹配的全分裂多绕组（分裂绕组数量超过八个）牵引变压器还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种采用全分裂结构设计的单相十分裂高阻抗牵引变压器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，包括铁芯，所述的铁芯由铁芯柱一、铁芯柱二、上铁轭、下铁轭和夹件构成，所述的下铁轭中部断开并设置有一个不导磁的间隙，所述的铁芯柱一和铁芯柱二上均沿轴向方向放置有五个线圈组，每个线圈组均由一个高压线圈和一个低压线圈组成，其中一个线圈组的外侧设置有一个辅助线圈，所述的十个低压线圈的首末端分别引出，所述的辅助线圈末端单独引出。

所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其铁芯柱一和铁芯柱二的上下侧分别设置有磁屏蔽装置，所述的磁屏蔽装置为多块扇形和矩形的小磁屏蔽片组合而成的C字形结构。

进一步，所述的磁屏蔽装置固定在夹件上。所述的磁屏蔽装置外径大于高压线圈。所述的磁屏蔽装置外边缘超出高压线圈20毫米以上。所述的磁屏蔽装置内边缘距离铁芯片10～20毫米。

所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其线圈组中高压线圈同心放置在低压线圈外，所述的高压线圈和低压线圈之间设置有接地静电屏。

进一步，所述的高压线圈和低压线圈中心高度一致。所述的高压线圈为多层层式线圈，接地端靠近接地静电屏。

本发明的有益效果是：分裂绕组数量达到十个，耦合系数低，阻抗高，不平衡度小，可以作为10MVA等级的铁路四象限运行的高压大功率变流系统的并网整流降压变压器或逆变升压变压器；通过辅助线圈反送电的方式给牵引变压器进行预充磁，同时给与之相连的变流装置的直流环节进行预充电，线圈组在铁芯上的放置位置按照低压线圈中谐波电流的相位角大小依次排放，这样可以减小运行时线圈中的谐波涡流损耗；运行时无直流偏磁影响，铁芯噪音低；抗干扰能力强，同时内部有磁屏蔽，对外电磁干扰小。

附图说明

图1是本发明主视方向的结构示意图；

图2是本发明侧视方向的结构示意图；

图3是本发明的线圈组示意图；

图4和图5是本发明磁屏蔽装置的结构示意图；

图6是本发明的接线图。

各附图标记为：1～10—高压线圈，11～20—低压线圈，21—辅助线圈，22—接地静电屏，23—磁屏蔽装置，24—夹件，25—间隙，26—铁芯柱一，27—铁芯柱二，28—上铁轭，29—下铁轭。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1、图6所示，本发明公开了一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，包括单相两柱铁芯，所述的铁芯由铁芯柱一26、铁芯柱二27、上铁轭28、下铁轭29和夹件24构成，所述的下铁轭29中部断开并设置有一个不导磁的3～6毫米间隙25（即铁轭气隙），由于变流器工作的特点，低压绕组内会有一定量的直流电流分量，该电流会造成铁芯饱和带来刺耳噪音及损耗问题，通过3～6毫米的不导磁区彻底解决这一问题，以有效地避免低压线圈直流电流造成的铁芯直流偏磁，从而极大的降低了变压器运行时的铁芯噪音，所述的铁芯柱一26和铁芯柱二27上均沿轴向方向放置有五个线圈组，每个线圈组均由一个高压线圈和一个低压线圈（即阀侧线圈）组成，其中高压线圈1和低压线圈11组成第一对线圈组，高压线圈2和低压线圈12组成第二对线圈组，高压线圈3和低压线圈13组成第三对线圈组，高压线圈4和低压线圈组成—第四对线圈组，高压线圈5和低压线圈15组成第五对线圈组，高压线圈6和低压线圈16组成第六对线圈组，高压线圈7和低压线圈17组成第七对线圈组，高压线圈8和低压线圈18组成第八对线圈组，高压线圈9和低压线圈19组成第九对线圈组，高压线圈10和低压线圈20组成第十对线圈组，一对线圈组的示意图如图2所示，其中一个线圈组的外侧设置有一个辅助线圈21，该线圈可设置在高压线圈1、高压线圈5、高压线圈6或高压线圈10的线圈组最外侧，通常情况下放置在第1个线圈组上，所述的十个高压线圈的首末端并联在一起用于连接到25kV输电网上，所述的十个低压线圈的首末端分别引出分别连接大功率变流装置的功率模块，所述的功率模块采用载波移相角度为π/10的PWM调制策略工作。可在变压器铁芯内部形成多电平的磁通，使得变压器连接到高压侧的电流谐波畸变率极低，大大减小了大功率变流装置对铁路牵引电网的谐波污染，所述的辅助线圈21末端单独引出。

所述铁芯柱一26和铁芯柱二27的上下侧分别设置有磁屏蔽装置23，参照图4和图5所示，所述的磁屏蔽装置23为多块扇形和矩形的小磁屏蔽片组合而成的C字形结构，即一个外形酷似C的整体形状，变压器每个铁芯柱上下各设置一个，共计四个C字型磁屏蔽装置23，磁屏蔽装置23可固定在夹件24上，也可固定在油箱上，磁屏蔽装置23外径大于高压线圈，优选的，磁屏蔽装置23外边缘超出高压线圈20毫米以上，即各小磁屏蔽片外缘比高压线圈外径大20毫米以上，优选的，磁屏蔽装置23内边缘距离铁芯片10～20毫米，即其内侧尽可能紧靠铁芯但是留有10～20毫米的间隙。

如图2所示，每一个高度一致且同心放置的高压绕组、低压绕组称为一个线圈组，线圈组中低压线圈、高压线圈、辅助线圈依次由内向外排列放置，线圈组中高压线圈同心放置在低压线圈外，每一个线圈组中的高压线圈和低压线圈中心高度一致，为避免变频器高频电流、过电压在高低压绕组间的传递，每一个线圈组中的高压线圈和低压线圈之间设置有接地静电屏22，高压绕组接地端靠近接地静电屏可以进一步减少高低压高频过压的影响，所述的高压线圈为多层层式线圈，接地端靠近接地静电屏22。

本发明变压器铁芯采用单相两柱式结构，优点是可以节约成本，而且具有超高的阻抗，在线圈端部存在极高的弯曲的漏磁场，绕组区上下端部位置外设置的C字型磁屏蔽装置能很好地提升变压器性能，此外整体成本低、结构紧凑、占地面积小。

本发明配合大功率变流装置可应用于铁路接触网动态无功补偿、接触网有源滤波、牵引供电臂功率调节、牵引同相供电、列车不断电过分相等高压大容量电力电子变流领域。

如图3所示，各线圈组中的高压绕组首末端并联后引出，各线圈组中的低压绕组首末端分别引出。其中A为高压首端，X为高压末端，a1～a10为各低压绕组首端，x1～x10为各低压绕组末端，m为辅助绕组首端，n为辅助绕组末端标识，G为接地屏引出线标识。

本发明牵引变压器的参数如下：

1)容量：10000kVA；

2)相数：单相多绕组；

3)额定电压：25kVAC（波动范围：17.5kV—31.5kV）；

4)额定频率：50Hz±2%；

5)副边额定电压：10×902V，1×627V，绕组之间的偏差方向一致±0.2%；

6)原边额定电流：436A；

7)低压绕组额定电流：10×1210A；

8)辅助绕组额定电流：1×125A；

9)过载运行能力：在不同输入电压下间隔3min过载2倍运行30s；

10)短路承受能力：短路运行时间3s；

11)低压绕组电压上升率（dv/dt）：6000V/μs；

阻抗电压：61%，误差±10%。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其特征在于：包括铁芯，所述的铁芯由铁芯柱一（26）、铁芯柱二（27）、上铁轭（28）、下铁轭（29）和夹件（24）构成，所述的下铁轭（29）中部断开并设置有一个不导磁的间隙（25），所述的铁芯柱一（26）和铁芯柱二（27）上均沿轴向方向放置有五个线圈组，每个线圈组均由一个高压线圈和一个低压线圈组成，其中一个线圈组的外侧设置有一个辅助线圈（21），所述的十个低压线圈的首末端分别引出，所述的辅助线圈（21）末端单独引出。

2.根据权利要求1所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其特征在于，所述铁芯柱一（26）和铁芯柱二（27）的上下侧分别设置有磁屏蔽装置（23），所述的磁屏蔽装置（23）为多块扇形和矩形的小磁屏蔽片组合而成的C字形结构。

3.根据权利要求2所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其特征在于，所述的磁屏蔽装置（23）固定在夹件（24）上。

4.根据权利要求2所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其特征在于，所述的磁屏蔽装置（23）外径大于高压线圈。

5.根据权利要求4所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其特征在于，所述的磁屏蔽装置（23）外边缘超出高压线圈20毫米以上。

6.根据权利要求4所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其特征在于，所述的磁屏蔽装置（23）内边缘距离铁芯片10～20毫米。

7.根据权利要求1所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其特征在于，所述的线圈组中高压线圈同心放置在低压线圈外，所述的高压线圈和低压线圈之间设置有接地静电屏（22）。

8.根据权利要求7所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其特征在于，所述的高压线圈和低压线圈中心高度一致。

9.根据权利要求7所述的一种单相十分裂高阻抗牵引变压器，其特征在于，所述的高压线圈为多层层式线圈，接地端靠近接地静电屏（22）。