CN109243793B - 一种调容牵引变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调容牵引变压器，包括第一铁芯柱和第二铁芯柱，所述第一铁芯柱上依次向外设置有第一低压线圈和第一高压线圈，所述第二铁芯柱上依次向外设置有第二低压线圈和第二高压线圈，所述第一高压线圈的首末端与第二高压线圈的首末端分别接到第一串并联切换开关的触点上，所述第一低压线圈的首末端与第二低压线圈的首末端分别接到第二串并联切换开关的触点上。本发明提供一种调容牵引变压器，它将牵引变压器设置为半容量和全容量两级可调容量，通过同时改变高、低压线圈的串并联连接实现半容量和全容量的切换，可以显著减少变电所基本容量电费，显著降低牵引变压器空载损耗，能有效降低变电所运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种调容牵引变压器，属于变压器技术领域。
背景技术
目前，牵引变压器是电气化铁路牵引供电系统的一种重要设备，一条电气化铁路从建成投运到满负荷运行的发展过程中，在开始的几年中，铁路的实际运输量(列车开行对数、单列车运输量等)是比较小的，这段时间，变压器基本电费通常按照最大需量计费，而开始的几年最大需量还不到变压器额定容量的一半，变压器容量未有效利用。同时牵引变压器的运行特点是空载运行时间比较长，列车通过的间隙，牵引变压器基本为空载运行状态，因此空载损耗对牵引变压器的运行成本影响比较大。
而现有的调容牵引变压器存在很多缺陷，调容时电压偏差大，高压绕组和低压绕组中的引出线过多，影响变压器的绝缘性能，调容过程繁琐，实际使用效果并不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种调容牵引变压器，它将牵引变压器设置为半容量和全容量两级可调容量，通过同时改变高、低压线圈的串并联连接实现半容量和全容量的切换，可以显著减少变电所基本容量电费，显著降低牵引变压器空载损耗，能有效降低变电所运行成本。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种调容牵引变压器，包括第一铁芯柱和第二铁芯柱，所述第一铁芯柱上依次向外设置有第一低压线圈和第一高压线圈，所述第二铁芯柱上依次向外设置有第二低压线圈和第二高压线圈，所述第一高压线圈的首末端与第二高压线圈的首末端分别接到第一串并联切换开关的触点上，所述第一低压线圈的首末端与第二低压线圈的首末端分别接到第二串并联切换开关的触点上；当第一高压线圈和第二高压线圈并联且第一低压线圈和第二低压线圈并联时，所述调容牵引变压器为全额定容量；当第一高压线圈和第二高压线圈串联且第一低压线圈和第二低压线圈串联时，所述调容牵引变压器为半额定容量。
进一步，所述第一高压线圈上的分接头从第一高压线圈的外侧抽出，并接入第一无载开关。
进一步，所述第二高压线圈上的分接头从第二高压线圈的外侧抽出，并接入第二无载开关。
进一步，所述第一无载开关和第二无载开关均与无载开关联动机构相连，所述无载开关联动机构带动第一无载开关和第二无载开关同步调压。
进一步，所述第一串并联切换开关内设置有第一动触头、第二动触头，所述第一动触头和第二动触头为圆弧状并分别与两个触点相接触，所述第一动触头和第二动触头联动，所述第一动触头和第二动触头转动完成第一高压线圈和第二高压线圈的串并联切换。
进一步，所述第二串并联切换开关内设置有第三动触头和第四动触头，所述第三动触头和第四动触头为圆弧状并分别与两个触点相接触，所述第三动触头和第四动触头联动，所述第三动触头和第四动触头转动完成第一低压线圈和第二低压线圈的串并联切换。
进一步，所述第一高压线圈的首端通过引线引出套管，所述第二高压线圈的末端通过引线引出套管，所述第一低压线圈的首端通过引线引出套管，所述第二低压线圈的末端通过引线引出套管。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
1、本发明的容量切换是通过同时改变高、低压线圈的串并联连接实现，调容方式简单快捷，稳定可靠；
2、本发明的低压线圈仅抽出首末端抽头，高压线圈抽出首末端抽头用于调容时切换，高压线圈外侧中间抽出的抽头接入调压开关用于变压器调压，无其他抽头，不影响高低压线圈之间的绝缘，可靠性高经济性好；
3、两个铁芯柱的高压线圈分别设置独立调压开关，两只调压开关联动，确保变压器调容前后的调压幅值一致；
4、变压器容量调至额定容量的一半，在铁路开通初期最大需量不足50％时，可显著提高牵引变压器的容量利用率，在现行两部制电价制度下，可节省相当可观的基本容量费。
附图说明
图1为本发明的调容牵引变压器的结构示意图；
图2为本发明的调容牵引变压器的电路原理图；
图3为本发明的一种VX接线调容牵引变压器的全额定容量时的电路原理图；
图4为本发明的一种VX接线调容牵引变压器的半额定容量时的电路原理图；
图5为本发明的另一种VX接线调容牵引变压器的全额定容量时的电路原理图；
图6为本发明的另一种VX接线调容牵引变压器的半额定容量时的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1～6所示，一种调容牵引变压器，包括第一铁芯柱1和第二铁芯柱2，所述第一铁芯柱1上依次向外设置有第一低压线圈3和第一高压线圈5，所述第二铁芯柱2上依次向外设置有第二低压线圈4和第二高压线圈6；
所述第一铁芯柱1的第一高压线圈5首末端A1、X1与第二铁芯柱2上的第二高压线圈6的首末端A1’、X1’分别接入第一串并联切换开关10；第一铁芯柱1的第一低压线圈3首末端a1、x1与第二铁芯柱2的第二低压线圈4的首末端a1’、x1’分别接入第二串并联切换开关13；
所述第一串并联切换开关10通过第一动触头11和第二动触头12将接入的第一高压线圈5的首末端A1、X1和第二高压线圈6的首末端A1’、X1’短接，第一串并联切换开关10的第一动触头11和第二动触头12联动，转动开关完成串并联切换；
所述第二串并联切换开关13通过第三动触头14和第四动触头15将接入的第一低压线圈3的首末端a1、x1与第二低压线圈4的首末端a1’、x1’短接，第二串并联切换开关13的第三动触头14和第四动触头15联动，转动开关完成串并联切换；
当第一高压线圈5和第二高压线圈6串联且第一低压线圈3和第二低压线圈4串联时，如图2所示状态，即A1’连X1，a1’连x1，此时所述调容牵引变压器为半额定容量；
若第一串并联切换开关10和第二串并联切换开关13均顺时针转动一挡，则第一高压线圈5和第二高压线圈6并联且第一低压线圈3和第二低压线圈4并联时，如图2所示，即A1连A1’并且X1连X1’，a1连a1’并且x1连x1’，此时所述调容牵引变压器为全额定容量。
如图1、2所示，所述第一高压线圈5上的分接头从第一高压线圈5的外侧抽出，并接入第一无载开关8，所述第二高压线圈6上的分接头从第二高压线圈6的外侧抽出，并接入第二无载开关7，所述第一无载开关8和第二无载开关7均与无载开关联动机构9相连，所述无载开关联动机构9带动第一无载开关8和第二无载开关7同步调压。第一高压线圈5和第二高压线圈6的外侧中间抽出的抽头接入第一无载开关8和第二无载开关7用于变压器调压，两只开关联动，确保所述调容牵引变压器调容前后的调压幅值一致。
所述第一高压线圈5的首端A1通过引线A引出套管，所述第二高压线圈6的末端X1’通过引线X引出套管，所述第一低压线圈3的首端a1通过引线a引出套管，所述第二低压线圈4的末端x1’通过引线x引出套管，高压线圈和低压线圈均通过引线引出套管接入一次或二次线路中。
所述调容牵引变压器切换为半容量运行时，磁通密度(每匝电势)降为额定容量时的一半，空载损耗相比额定容量时大幅度降低。
所述调容牵引变压器切换为半容量运行时的阻抗百分数是其全容量运行时的阻抗百分数的两倍(基于相同容量时)。
下面对所述调容牵引变压器的调容原理做进一步解释：
当两个铁芯柱的高压线圈由并联改成串联时，高压侧电压不变，高压匝数则增加了一倍，每匝电势则降为一半，铁芯磁通密度也为全容量时的一半，高压线圈导线总截面变为1/2，变压器容量降为半容量，导线中的电流密度不变；低压侧并联改成串联匝数也增加了一倍，每匝电势降为一半，因此低压输出电压依然不变，低压线圈导线总截面变为1/2，输出电流降为全容量时的一半，实现将变压器降低一半容量的目的。
铁芯中的磁通密度(50Hz时)：et：每匝电势，At：铁芯截面。
由于铁芯截面不变，所以当每匝电势et降为一半时，铁芯中的磁通密度也降为一半。以硅钢片27ZH100为例，B＝1.7T时，单位铁损约为0.98w/Kg，一半磁密B＝0.85T时，单位铁损约为0.24w/Kg，所以当铁芯中磁通密度降为一半时，单位铁损降至约1/4，也即通过调容切换到半容量，将牵引变压器的空载损耗降低了75％。
牵引变压器阻抗：其中f：电源频率，P：变压器容量，∑D与变压器尺寸相关，ρ：洛氏系数，k：电抗修正系数，et：每匝电势，H：线圈电抗高度。分析可知Uk与变压器容量P成正比，与et 2成反比，全容量切换为半容量，P变为全容量时的1/2，et变为全容量时的1/2，其余参数均未变，则变压器阻抗百分数Uk增大一倍。
本发明还提供一种VX接线调容牵引变压器，如图3所示，其包含一组高压线圈(H1、H2)、两组低压线圈(T1、T2和F1、F2)，如图3所示，线圈分布在两个铁芯柱(Ⅰ柱、Ⅱ柱)上，两个铁芯柱对应线圈具有相同匝数。从铁芯开始，依次向外布置低压线圈T、低压线圈F、高压线圈H。所述调容牵引变压器铁芯Ⅰ柱上的高压、低压线圈分别与铁芯Ⅱ柱上的高压、低压线圈并联时，变压器为额定全容量；如图4所示，所述调容牵引变压器铁芯Ⅰ柱上的高压、低压线圈分别与铁芯Ⅱ柱上的高压、低压线圈串联时，变压器切换为半容量，此时铁芯磁通密度将为全容量时的一半，空载损耗大幅降低。
本发明还提供另一种VX接线调容牵引变压器，如图5所示，其包含一组高压线圈(H1、H2)、两组低压线圈(T1、T2和F1、F2)，线圈分布在两个铁芯柱(Ⅰ柱、Ⅱ柱)上。如图5所示，从铁芯开始，依次向外布置交错低压线圈T、交错低压线圈F、高压线圈H。所述调容牵引变压器铁芯Ⅰ柱上的高压、低压线圈分别与铁芯Ⅱ柱上的高压、低压线圈并联时，变压器为额定全容量；如图6所示，所述调容牵引变压器铁芯Ⅰ柱上的高压、低压线圈分别与铁芯Ⅱ柱上的高压、低压线圈串联时，变压器切换为半容量。
VX接线调容牵引变压器则在上述方案基础上，由于有两组低压线圈，则在第二串并联切换开关13的基础上轴向叠置一层串并联切换开关，并将另一个低压线圈首末端子接入该开关，两层开关之间通过连轴联动，其余类同。
本发明的容量切换是通过同时改变高、低压线圈的串并联连接实现，具体可通过人工更换连接线来更改高、低压线圈首末端之间串并联连接方式；也可将高、低压线圈首末端分别接入两只独立的串并联切换开关通过转动开关档位实现串并联切换；也可将高压线圈首末端接入串并联切换开关，而低压线圈首末端通过人工更换连接线完成容量切换，抑或其他按所述原理改变接线的方法实现。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种调容牵引变压器，包括第一铁芯柱(1)和第二铁芯柱(2)，所述第一铁芯柱(1)上依次向外设置有第一低压线圈(3)和第一高压线圈(5)，所述第二铁芯柱(2)上依次向外设置有第二低压线圈(4)和第二高压线圈(6)，其特征在于：所述第一高压线圈(5)的首末端A1、X1与第二高压线圈(6)的首末端A1’、X1’分别接到第一串并联切换开关(10)的触点上，所述第一低压线圈(3)的首末端a1、x1与第二低压线圈(4)的首末端a1’、x1’分别接到第二串并联切换开关(13)的触点上；当第一高压线圈(5)和第二高压线圈(6)并联且第一低压线圈(3)和第二低压线圈(4)并联时，所述调容牵引变压器为全额定容量；当第一高压线圈(5)和第二高压线圈(6)串联且第一低压线圈(3)和第二低压线圈(4)串联时，所述调容牵引变压器为半额定容量；
所述第一串并联切换开关(10)内设置有第一动触头(11)、第二动触头(12)，所述第一动触头(11)和第二动触头(12)为圆弧状并分别与两个触点相接触，所述第一动触头(11)和第二动触头(12)联动，所述第一动触头(11)和第二动触头(12)转动完成第一高压线圈(5)和第二高压线圈(6)的串并联切换；
所述第二串并联切换开关(13)内设置有第三动触头(14)和第四动触头(15)，所述第三动触头(14)和第四动触头(15)为圆弧状并分别与两个触点相接触，所述第三动触头(14)和第四动触头(15)联动，所述第三动触头(14)和第四动触头(15)转动完成第一低压线圈(3)和第二低压线圈(4)的串并联切换。
2.根据权利要求1所述的调容牵引变压器，其特征在于：所述第一高压线圈(5)上的分接头从第一高压线圈(5)的外侧抽出，并接入第一无载开关(8)。
3.根据权利要求2所述的调容牵引变压器，其特征在于：所述第二高压线圈(6)上的分接头从第二高压线圈(6)的外侧抽出，并接入第二无载开关(7)。
4.根据权利要求3所述的调容牵引变压器，其特征在于：所述第一无载开关(8)和第二无载开关(7)均与无载开关联动机构(9)相连，所述无载开关联动机构(9)带动第一无载开关(8)和第二无载开关(7)同步调压。
5.根据权利要求1所述的调容牵引变压器，其特征在于：所述第一高压线圈(5)的首端A1通过引线A引出套管，所述第二高压线圈(6)的末端X1’通过引线X引出套管，所述第一低压线圈(3)的首端a1通过引线a引出套管，所述第二低压线圈(4)的末端x1’通过引线x引出套管。
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