CN109215977A - 一种牵引-补偿变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牵引‑补偿变压器，属于电气化铁路牵引供电技术领域。在一单相铁芯上绕制第一原边绕组和第一次边绕组以及第二次边绕组，另一单相铁芯上绕制第二原边绕组、第三次边绕组；第二原边绕组的X端子与第一原边绕组中点连接；第三次边绕组的x端子与第一次边绕组的中点连接；第二原边绕组的T端子与第三次边绕组的t端子为同极性端，第一原边绕组的R端子与第一次边绕组的r端子以及第二次边绕组的r′端子为同极性端；第二次边绕组用于同相牵引供电，r端子、s端子及t端子用于连接无功补偿装置。

Description

一种牵引-补偿变压器
技术领域
本发明涉及交流电气化铁路供电技术领域。
背景技术
电气化铁道普遍采用由公用电力系统供电的单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能平衡分配，电气化铁道往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区之间用分相绝缘器分割，形成电分相，也称分相。为防止电力机车带电通过电分相发射因燃弧而烧坏接触网悬挂部件，甚至导致相间短路等事故，随着列车速度的不断升高，在司机无法手动进行退级、关辅助机组、断主断路器、靠列车惯性驶过中性段、再合主断路器、合辅助机组、进级恢复牵引功率来完成过分相的情况下，采用了自动过分相技术，主要有地面开关自动切换过分相、车载自动过分相以及柱上自动过分相等几种，但仍存在开关切换中列车通过电分相的暂态电气过程，易产生较大的操作过电压或过电流，造成牵引网与车载设备烧损等事故，甚至导致自动过分相操作失败，影响供电可靠性和列车安全运行。因此，电分相环节是整个牵引供电系统中最薄弱的环节，列车过分相成为了高速铁路乃至整个电气化铁路牵引供电的瓶颈。
高速和重载铁路已广泛采用基于IGBT、IGCT等全控型器件的大功率交直交型电力机车或动车组，其核心是多组四象限PWM控制和多重化控制的牵引变流器，谐波含量小，功率因数接近于1，但交直交型电力机车或动车组牵引功率大，如大编组运行的高速动车组其额定功率达25MW，相当普速铁路列车的5倍，这些大量开行的大功率单相负荷对三相电网造成的电能质量的主要问题将是三相电压不平衡度(负序)问题。
因此，现在需要解决的技术问题是：当三相电压不平衡度(负序)不能满足要求时，发明一种带补偿绕组的牵引变压器，在实现同相供电的同时，使补偿负序的装置容量最小，并且有关绕组集成于一体，减小占地，便于安装。
发明内容
本发明目的是提供一种牵引-补偿变压器，不仅能有效地实现电气化铁路同相牵引供电，取消变电所出口的电分相，而且拥有使负序补偿装置容量为最小的补偿绕组，有效消除电气化铁路单相负荷造成的三相系统的电压不平衡问题。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：
一种牵引-补偿变压器，包括单相铁芯和绕组，一单相铁芯上绕制第一原边绕组和第一次边绕组以及第二次边绕组，另一单相铁芯上绕制第二原边绕组、第三次边绕组；所述第二原边绕组的X端子与所述第一原边绕组中点连接；所述第三次边绕组的X端子与所述第一次边绕组中点连接，所述第三次边绕组的t端子接地；所述第二原边绕组的T端子与所述第三次边绕组的t端子为同极性端，所述第一原边绕组的R端子与所述第一次边绕组的r端子和所述第二次边绕组的r′端子均为同极性端。
优选地，所述第二次边绕组与所述第一原边绕组构成单相接线变压器，所述第二次边绕组用于同相牵引供电，其r′端子与牵引母线连接，s′端子均与钢轨和地连接。
优选地，所述第一原边绕组的R端和S端子分别连接三相电网中的两相，所述第二原边绕组的T端子连接三相电网的第三相。
进一步优选地，所述第一原边绕组的R端子和S端子与所述第二原边绕组的T端子形成等腰三角形且第二原边绕组的匝数n与第一原边绕组的匝数m的关系为：
优选地，所述第一次边绕组的r端子和s端子与第三次边绕组的t端子形成等腰三角形，且第三次边绕组的匝数n′与第一次边绕组的匝数m′的关系为：n′＝m′/2。
优选地，所述r端子、s端子及t端子用于连接无功补偿装置。
进一步优选地，所述用于连接无功补偿装置的r端子、s端子及t端子之间的电压等级可以独立于所述牵引-补偿变压器的第二次边绕组的电压等级而自行选择。
优选地，所述牵引-补偿变压器的两个单相铁芯可以共箱安装。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明所述牵引-补偿变压器不仅能有效地取消变电所出口的电分相，实现同相供电，可进一步增强牵引供电系统的节能效果，而且拥有补偿绕组，使负序补偿装置容量为最小，能有效消除电气化铁路单相负荷造成的三相系统的电压不平衡问题；除了适于直接供电的牵引变电所和牵引网外，亦用于AT供电的牵引变电所及其牵引网；同时本发明也具备技术先进、可靠，以及占地少，易于安装等优点。
附图说明
图1是本发明的接线布局示意图。
具体实施方式
为了更好理解本发明的创造思想，在此将本发明的工作原理作如下说明：
第二原边绕组TX的X端子与第一原边绕组RS中点连接，第一原边绕组RS对应的第二边绕组r′s′馈出牵引端口，即第一原边绕组RS和第二次边绕组r′s′构成单相接线变压器，用于同相牵引供电；第三次边绕组tx的x端子与第一次边绕组rs中点连接，r端子、s端子及t端子用于连接无功补偿装置；第二原边绕组TX的匝数n与第一原边绕组RS的匝数m的关系为：第三次边绕组tx的匝数n′与第一次边绕组rs的匝数m′的关系亦为：n′＝m′/2，即原边三个端子R、S、T形成等腰三角形，第一次边绕组的三个端子r、s、t也形成等腰三角形；当第一原边绕组的三个端子R、S、T接入三相电网时，次边tr和st端口之间形成90°夹角，次边tr和st端口分别与第二次边绕组r′s′(牵引端口)形成45°夹角；设功率因数等于1，当牵引端口处于牵引工况时，次边端口tr的无功补偿装置吸收感性(或容性)无功功率Q1，次边端口st的无功补偿装置吸收等量的容性(或感性)无功Q2，则Q1与Q2产生的负序分量之和的大小等于2Q1或者2Q2，并且与第二次边绕组r′s′(牵引端口)的牵引负荷(或再生功率)产生的负序分量方向相反，实现补偿且补偿装置容量为最小。
第二次边绕组r′s′引出牵引端口，实施同相供电，取消变电所出口的电分相，即将原来异相供电的牵引变电所的上下行供电臂合并，更有利于其中运行的多组列车牵引与再生电能的相互利用，减少从电力系统的用电，大大增加节能和节支效果。
下面结合附图和具体实施方式对本本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种牵引-补偿变压器，所述牵引-补偿变压器，有两个单相铁芯；一单相铁芯上绕制第一原边绕组RS和第一次边绕组rs以及第二次边绕组r′s′，另一单相铁芯上绕制第二原边绕组TX、第三次边绕组tx；所述第二原边绕组TX的X端子与所述第一原边绕组RS中点连接；所述第三次边绕组tx的x端子与所述第一次边绕组rs中点连接；所述第二原边绕组TX的T端子与所述第三次边绕组tx的t端子为同极性端，所述第一原边绕组RS的R端子与所述第一次边绕组rs的r端子和所述第二次边绕组r′s′的r′端子均为同极性端。在本发明实施例中，所述牵引—补偿变压器的两个单相铁芯可以共箱安装。
在本发明实施例中，所述第二次边绕组r′s′与所述第一原边绕组RS构成单相接线变压器，所述第二次边绕组r′s′用于同相牵引供电，其r′端子与牵引母线连接，s′端子均与钢轨和地连接。
在本发明实施例中，所述第一原边绕组RS的R端子和S端子与所述第二原边绕组TX的T端子形成等腰三角形且第二原边绕组TX的匝数n与第一原边绕组RS的匝数m的关系为：所述第一原边绕组RS的R端和S端子分别连接三相电网中的两相，所述第二原边绕组TX的T端子连接三相电网的第三相。
在本发明实施例中，所述第一次边绕组rs的r端子和s端子与第三次边绕组tx的t端子形成等腰三角形，且第三次边绕组tx的匝数n′与第一次边绕组rs的匝数m′的关系为：n′＝m′/2；所述第三次边绕组tx的t端端子接地；所述r端子、s端子及t端子用于连接无功补偿装置。
在本发明实施例中，所述用于连接无功补偿装置的r端子、s端子及t端子之间的电压等级可以独立于所述用于同相牵引供电的第二次边绕组r′s′的电压等级而自行选择。

Claims (7)

1.一种牵引-补偿变压器，包括两个单相铁芯和绕组，其特征在于：一单相铁芯上绕制第一原边绕组(RS)和第一次边绕组(rs)以及第二次边绕组(r′s′)，另一单相铁芯上绕制第二原边绕组(TX)、第三次边绕组(tx)；第二原边绕组(TX)的X端子与第一原边绕组(RS)中点连接；第三次边绕组(tx)的x端子与第一次边绕组(rs)中点连接，第三次边绕组(tx)的t端子接地；第二原边绕组(TX)的T端子与第三次边绕组(tx)的t端子为同极性端，第一原边绕组(RS)的R端子与第一次边绕组(rs)的r端子和第二次边绕组(r′s′)的r′端子均为同极性端。
2.根据权利要求1所述的牵引-补偿变压器，其特征在于：所述第二次边绕组(r′s′)与第一原边绕组(RS)构成单相接线变压器，第二次边绕组(r′s′)用于同相牵引供电，其r′端子与牵引母线连接，s′端子均与钢轨和地连接。
3.根据权利要求1所述的牵引-补偿变压器，其特征在于：所述第一原边绕组(RS)的R端子和S端子分别连接三相电网中的两相，第二原边绕组(TX)的T端子连接三相电网的第三相。
4.根据权利要求3所述的牵引-补偿变压器，其特征在于：所述第一原边绕组(RS)的R端子和S端子与所述第二原边绕组(TX)的T端子形成等腰三角形且第二原边绕组(TX)的匝数n与第一原边绕组(RS)的匝数m的关系为：。
5.根据权利要求1所述的牵引-补偿变压器，其特征在于：所述第一次边绕组(rs)的r端子和s端子与第三次边绕组(tx)的t端子形成等腰三角形，且第三次边绕组(tx)的匝数n′与第一次边绕组(rs)的匝数m′的关系为：n′＝m′/2。
6.根据权利要求1所述的牵引-补偿变压器，其特征在于：所述r端子、s端子及t端子用于连接无功补偿装置。
7.根据权利要求6所述的牵引-补偿变压器，其特征在于：所述用于连接无功补偿装置的r端子、s端子及t端子之间的电压等级独立于所述牵引-补偿变压器的第二次边绕组(r′s′)的电压等级。
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