用于AT供电方式三相VX联结的22万伏级单相牵引变压器
技术领域
本实用新型属于变压器领域,具体地说是涉及一种用于高速铁路AT供电方式三相VX联结的22万伏级单相牵引变压器。
背景技术
二十一世纪以来,我国的高速铁路事业得到了飞速发展,作为给现代电气化铁路机车牵引线路供电的牵引变压器亦随之快速发展。传统的AT供电方式由斯科特接线牵引变压器和单相自耦变压器组成,牵引变压器输出55千伏,而单相自耦变压器则将55千伏降压为27.5千伏,供牵引线路使用;当前主流的AT供电方式已经摒弃了传统的供电方式,转为更简洁、高效、节能的供电方式,即由两台单相牵引变压器组合完全实现三相VX接线,不再定距离装设单相自耦变压器。目前这种采用两台单相牵引变压器组合实现VX接线的AT供电方式已经实际应用在京沪线、武广线等高速铁路专线,被证明是切实可行的。
这种AT供电方式下三相VX接线的单相牵引变压器,其主体包括高压绕组H、牵引绕组T、正馈绕组F和无励磁调压开关TC,高压绕组H通常的额定电压为220千伏,并带有±2×2.5%的无励磁调压分接头,分接头引接至无励磁调压开关TC上实现电压调节;牵引绕组T和正馈绕组F的额定电压均规定为27.5千伏,牵引绕组T和正馈绕组F之间为串联关系,其连接处引出与轨道相连并接地。
这种AT供电方式下三相VX接线的22万伏级单相牵引变压器,根据高速铁路运行的特点,其运行特性与普通的电力变压器有显著的差异。其特殊之处在于:
(1)高压绕组H对牵引绕组T的阻抗Z21应等于高压绕组H对正馈绕组F的阻抗Z31;
(2)该单相牵引变压器为22万伏级全绝缘变压器,即首、末端的绝缘水平相同;当实施高压绕组工频耐压试验时,高压绕组的任何一点对地或对其他绕组的试验电压值均为22万伏级的线端工频试验电压395千伏;而常规的22万伏级电力变压器高压线圈的末端绝缘水平明显低于首端绝缘水平,属于分级绝缘;这就对22万伏级单相牵引变压器的线圈及绝缘结构提出了非常严格的要求;
(3)当取消原先的AT供电方式中的单相自耦变压器后,这种AT供电方式下VX接线的单相牵引变压器阻抗应满足[(3Z21+Z31-Z23-1)/4]<0.45Ω的特殊设计要求;其中Z21为高压绕组H短路后从牵引绕组T看到的阻抗欧姆值,Z31为高压绕组H短路后从正馈绕组F看到的阻抗欧姆值,Z23-1为高压绕组H短路后从牵引绕组T和正馈绕组F的串联回路两端看到的阻抗欧姆值。
因此,如何合理设计线圈结构,实现变压器的阻抗和绝缘的特殊要求从而满足高速铁路牵引供电特点,是这种AT供电方式下三相VX接线的22万伏级单相牵引变压器设计的技术关键。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能实现变压器的阻抗和绝缘要求,提升变压器整体结构和线圈绝缘性能的可靠性从而满足高速铁路牵引供电特点的用于AT供电方式三相VX联结的22万伏级单相牵引变压器。
本实用新型的技术方案是:一种用于AT供电方式三相VX联结的22万伏级单相牵引变压器,其主体包括铁心、无励磁调压开关TC、高压绕组H、牵引绕组T和正馈绕组F,其改进点在于:所述牵引绕组T均分为2个等匝数的串联分支,按照电位由高到低依次为牵引绕组第一分支TA和牵引绕组第二分支TB;所述正馈绕组F均分为2个等匝数的串联分支,按照电位由高到低依次为正馈绕组第一分支FA和正馈绕组第二分支FB;所述高压绕组H分为2个等容量的并联分支,按照安装位置分为高压绕组第一分支HA和高压绕组第二分支HB,所述铁心采用单相单框双柱式结构,包括第一心柱LA和第二心柱LB;在第一心柱LA上套装有三个同心式绕组且三个同心式绕组由内而外依次为:牵引绕组第一分支TA、正馈绕组第一分支FA和高压绕组第一分支HA;在第二心柱LB上套装有三个同心式绕组且三个同心式绕组由内而外依次为:正馈绕组第二分支FB、牵引绕组第二分支TB和高压绕组第二分支HB;所述第一心柱LA上的高压绕组第一分支HA与正馈绕组第一分支FA之间的主绝缘距离等于第二心柱LB上高压绕组第二分支HB与牵引绕组第二分支TB之间的主绝缘距离,所述第一心柱LA上牵引绕组第一分支TA与正馈绕组第一分支FA之间的主绝缘距离等于牵引绕组第二分支TB与正馈绕组第二分支FB之间的主绝缘距离。
所述高压绕组第一分支HA、牵引绕组第一分支TA、牵引绕组第二分支TB、正馈绕组第一分支FA和正馈绕组第二分支FB均采用相同的线圈绕向,所述高压绕组第二分支HB与高压绕组第一分支HA绕向相反。
所述牵引绕组T和正馈绕组F的匝数相等,且均为偶数。
所述高压绕组第一分支HA和高压绕组第二分支HB本体均带有无励磁调压分接头,且无励磁调压分接头设置于线圈高度的二分之一处。
所述无励磁调压开关TC配置有两台,分别安装在第一心柱LA和第二心柱LB的附近;位于第一心柱LA上的高压绕组第一分支HA本体所带有的无励磁调压分接头引接到第一心柱LA附近的无励磁调压开关TC上,位于第二心柱LB上的高压绕组第二分支HB本体所带有的无励磁调压分接头引接到第二心柱LB附近的无励磁调压开关TC上。
本实用新型的有益效果是:
(1)本实用新型将牵引绕组和正馈绕组的各自的一个串联分支和高压绕组的一个并联分支组合后分别安装在单相双柱式铁心的两个主柱上,并且在不同心柱上交换了牵引绕组和正馈绕组的各自的一个串联分支的内外排列所处位置;由于牵引绕组和正馈绕组的的各个串联分支的匝数、辐向宽度、导线规格、电抗高度等结构参数均相同,只是在不同心柱上处于不同的位置,而高压绕组的两个并联分支则除绕向不同外,其余所有参数都相同,这就使得高压绕组对牵引绕组运行方式和高压绕组对正馈绕组运行方式时的漏磁组形状与面积相等,即均为:在某心柱上为最外侧线圈对最内侧线圈构成漏磁组,而在另一心柱上则为最外侧线圈对中间线圈构成漏磁组,自然实现了高压绕组对牵引绕组阻抗等于高压绕组对正馈绕组的阻抗。
(2)本实用新型给出的这种线圈结构形式,当高压绕组对牵引绕组和正馈绕组的串联后构成的55千伏绕组运行时,其阻抗的构成方式与高压绕组对牵引绕组运行方式或高压绕组对正馈绕组运行方式近似,即均相当于一次侧并联而二次侧串联的单相双柱变压器的阻抗,这三个阻抗基于相同容量时的百分数比较接近,而这三个阻抗欧姆值之间的关系能满足[(3Z21+Z31-Z23-1)/4]<0.45Ω的特殊设计要求。
(3)本实用新型将所有绕组分别设置在两个心柱上,每个心柱的结构容量相当于额定容量的一半,可有效地降低22万伏级单相牵引变压器的器身高度,从而降低运输及装配高度,这对于22万伏级单相牵引变压器单台容量日趋增大是个有效的解决方法;同时,明显缩减了各个线圈的辐向宽度,有利于线圈改善散热效果。
(4)本实用新型将无励磁调压分接头设置于高压绕组线圈高度的二分之一处,可以有效地降低无励磁调压开关所遭受的雷电冲击过电压,提高了开关的绝缘裕度。
(5)本实用新型针对22万伏级单相牵引变压器为全绝缘变压器的特点,配置两台独立的无励磁调压开关,分别安装在两个心柱的附近;高压绕组并联分支本体所带有的无励磁调压分接头,就近引接到其所套装心柱附近的无励磁调压开关。相比于采用单台无励磁调压开关需要将两个分支上的无励磁调压分接抽头通过外部引线均引接到同一台开关上的情形,避免了这些22万伏级的分接引线在走线过程中可能引起的绝缘隐患,提升了整体绝缘结构可靠性。
(6)本实用新型具有良好的绕制工艺性和绝缘性能;牵引绕组与正馈绕组的串联分支可以根据电流和匝数灵活多变地采用螺旋式和圆筒式的结构,从而避免了传统结构——采用多层分段圆筒式并且了在不同层的上下部分之间进行跨接而带来的绕制工艺的复杂性;同时,上述传统结构中的位于线圈中部的上下部分之间的隔断区域,相当于一个显见的中断点,它破坏了同心圆柱电场的均衡性,将使线圈中部的局部场强畸变,而本实用新型则完全避免了这种局部场强畸变,提高了线圈绝缘性能的可靠性。
(7)本实用新型通过特定的线圈绕向指定和同名端定义,使各分支之间的串并联需要联接的出线端子均同处于线圈上部或同处于线圈下部,使得引线变得相当便利,提升了制造工艺性,节约了制造成本。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图;
图2是本实用新型的接线原理图;
其中,图1中各符号含义如下:
“A,X”依次表征高压绕组并联分支HA的首末端出头;“*”为同名端标志;
“a,a1”依次表征牵引绕组第一分支TA的首末端出头;
“n,n1”依次表征正馈绕组第一分支FA的首末端出头;
“A′,X′”依次表征高压绕组第二分支HB的首末端出头;
“n1′,n′”依次表征牵引绕组第二分支TA的首末端出头;
“x1,x”依次表征正馈绕组第二分支FA的首末端出头;
“L1,L2,L3,L4,L5”指外部连接引线;
其中,图2中各符号含义如下:
“A,X”依次表征高压绕组的首末端出头;“*”为同名端标志;
“a”表征牵引绕组的首端出头;“x”表征正馈绕组的末端出头;“n”表征牵引绕组的末端兼正馈绕组的首端;
在图1中,为与图2对应,高压绕组第一分支HA的首末端出头“A,X”与高压绕组第二分支HB的首末端出头“A′,X′”并联后所引出头仍然命名为“A,X”。
具体实施方式
以下对照附图,通过具体实施方式的描述,对本实用新型作出进一步说明。
如图1所示,一种用于AT供电方式三相VX联结的22万伏级单相牵引变压器,其主体包括铁心、无励磁调压开关TC、高压绕组H、牵引绕组T和正馈绕组F,所述牵引绕组T均分为2个等匝数的串联分支,按照电位由高到低依次为牵引绕组第一分支TA和牵引绕组第二分支TB;所述正馈绕组F均分为2个等匝数的串联分支,按照电位由高到低依次为正馈绕组第一分支FA和正馈绕组第二分支FB;所述高压绕组H分为2个等容量的并联分支,按照安装位置分为高压绕组第一分支HA和高压绕组第二分支HB,所述铁心采用单相单框双柱式结构,包括第一心柱LA和第二心柱LB;在第一心柱LA上套装有三个同心式绕组且三个同心式绕组由内而外依次为:牵引绕组第一分支TA、正馈绕组第一分支FA和高压绕组第一分支HA;在第二心柱LB上套装有三个同心式绕组且三个同心式绕组由内而外依次为:正馈绕组第二分支FB、牵引绕组第二分支TB和高压绕组第二分支HB;所述第一心柱LA上的高压绕组第一分支HA与正馈绕组第一分支FA之间的主绝缘距离等于第二心柱LB上高压绕组第二分支HB与牵引绕组第二分支TB之间的主绝缘距离,所述第一心柱LA上牵引绕组第一分支TA与正馈绕组第一分支FA之间的主绝缘距离等于牵引绕组第二分支TB与正馈绕组第二分支FB之间的主绝缘距离。牵引绕组和正馈绕组的的各个串联分支的匝数、辐向宽度、导线规格、电抗高度等结构参数均相同,只是在不同心柱上处于不同的位置,高压绕组的两个并联分支则除绕向不同外,其余所有参数都应相同。
所述高压绕组第一分支HA、牵引绕组第一分支TA、牵引绕组第二分支TB、正馈绕组第一分支FA和正馈绕组第二分支FB均采用相同的线圈绕向,所述高压绕组第二分支HB与高压绕组第一分支HA绕向相反。
所述牵引绕组T和正馈绕组F的匝数相等,且均为偶数,以避免不能整除时各分支线圈易发生的电气匝数的偏差。
所述高压绕组第一分支HA和高压绕组第二分支HB本体均带有无励磁调压分接头,且无励磁调压分接头设置于线圈高度的二分之一处。
如图1,2所示,所述无励磁调压开关TC配置有两台,分别安装在第一心柱LA和第二心柱LB的附近;位于第一心柱LA上的高压绕组第一分支HA本体所带有的无励磁调压分接头就近引接到第一心柱LA附近的无励磁调压开关TC上,位于第二心柱LB上的高压绕组第二分支HB本体所带有的无励磁调压分接头则就近引接到第二心柱LB附近的无励磁调压开关TC上。
如图1所示,所述高压绕组第一分支HA的首末端出头“A,X”与高压绕组第二分支HB的首末端出头“A′,X′”分别通过外部引线L1和L2联结完成并联,并联后首末端出头仍命名为“A,X”。正馈绕组第一分支FA的首端出头n与牵引绕组第二分支TB的末端出头n′通过外部引线L3联结完成了正馈绕组与牵引绕组之间的串联,与图2对应,联接后出头仍命名为“n”。牵引绕组第一分支TA的末端出头a1与牵引绕组第二分支TB的首端出头n1′通过外部引线L4联结完成串联,从而由出头a至出头n构成了完整的牵引绕组;正馈绕组第一分支FA的末端出头n1与正馈绕组第二分支FB的首端出头x1通过外部引线L5联结完成串联,从而由出头n至出头x构成了完整的正馈绕组;最终,出头“a-n”间实现27.5千伏输出,出头“n-x”间亦实现27.5千伏输出,出头“a-x”间则实现55千伏的输出。