CN217333801U - 一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，包括外壳以及设置在外壳内的铁心组件；所述铁心组件包括三个呈等边三角形排列的双框铁心，每两个双框铁心的竖边框相互拼合呈铁心柱；在铁心柱的竖向外周设置有绕组；所述绕组包括12组副边低压线圈和一组原边高压线圈，所述12组低压线圈由上到下依次绕制在铁心柱上，高压线圈绕制在低压线圈外侧；副边绕组采用特定的联结方式。该变压器采用立体式卷铁心，空载损耗低、负载损耗低、空载电流小、噪声小、抗短路能力强；副边采用多绕组结构，能实现多路输出且各路输出之间按照规律存在一定的相位差，使网侧三相电流的谐波含量减少，能很好地适配柔性牵引变电所内的变流器模块。

Description

一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器

技术领域

本实用新型涉及柔性牵引供电系统牵引变压器技术领域，具体的涉及一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器。

背景技术

目前，我国电气化铁路主要采用工频单相交流牵引制式，变电所从三相电网取电经过牵引变压器降压后分两供电臂输出，为牵引网供电。但是由于两供电臂间、变电所之间电压相位、幅值和频率难以一致，两供电臂间、各变电所间必须设置电分相，电分相的存在严重影响了新一代列车的提速以及载荷能力的提升。一方面，列车在经过电分相时，需要进行减速；另一方面，一些既有牵引供电系统在电分相处设置自动过分相，其结构较为复杂，可靠性较低，是牵引供电系统的薄弱环节与事故多发点。

电气化铁路的牵引负荷为单相交流负荷，会通过牵引变电所向三相电网注入负序电流，使牵引供电系统三相严重不平衡，同时，还存在无功、谐波等问题。如何解决牵引供电系统电能质量、取消电分相装置是当前牵引系统领域的研究热点。随着电力电子器件日渐成熟，以变流器为核心的电力电子设备逐渐投入到牵引供电系统当中，使电压幅值、频率、相位不一致问题得到解决。三相-单相变流器在牵引供电系统中使用减少了电分相装置，同时也解决了牵引供电系统的电能质量问题。

专利CN110931222A本发明公开了一种柔性牵引供电系统四绕组牵引变压器装置，变压器TM4包括四个绕组T1、T2、T3和T4；T1绕组作为变压器TM4高压侧采用三相△型联结，连接至牵引变电所35kV侧母线；T2绕组作为变压器TM4低压侧之一，采用三相Y型联结，连接至牵引变电所整流器装置RN原边；T3绕组作为变压器TM4低压侧之一，采用三相△型联结，连接至牵引变电所整流器装置RN原边；T4绕组作为变压器TM4低压侧之一，采用三相Y型联结，连接至牵引变电所双向变流器装置PCS原边。本发明能够实现城市轨道交通牵引供电系统使用一台变压器可同时为整流机组和双向变流器装置供电；可节省变压器设备投资，减小牵引所变压器占地面积。

专利CN113077979A公开一种用于柔性贯通双边供电系统的可调牵引变压器及均衡电流抑制方法，其电压幅值与电压相位可调，实现相邻两牵引所的空载母线开环点空载电压幅值与电压幅值差和相位差趋于零。第一可调变压器高压侧三个绕组设置第一可调分接头，低压侧绕组设置第二可调分接头，通过第一可调分接头、第二可调分接头调节第一可调变压器的电压幅值与电压相角；第二可调变压器高压侧三个绕组设置第三可调分接头，低压侧绕组设置第四可调分接头，通过第三可调分接头、第四可调分接头调节第二可调变压器的电压幅值与电压相角；通过调节第一可调分接头、第二可调分接头、第三可调分接头与第四可调分接头调节牵引变压器的电压幅值与相位。

以变流器为核心的柔性牵引变电所可解决上述问题，但是牵引变电所的供电容量大、输出电压高，而受电力电子器件发展水平的限制，三相-单相变流器无法直接接入三相电网，也无法直接输出27.5kV牵引网电压，因此需要将多个变流器模块进行并联、级联，以提高变流器的耐压耐流能力，而并联的变流器模块需要多个幅值相等且相互独立的交流电源为其供电，且电源电压等级应适配于变流器模块。变流器内的整流模块若采用不控整流电路，则三相网侧电流会含较多谐波电流，使用移相变压器可很好地解决该问题；若使用多个变压器为变流器模块供电，则会进一步增加牵引变电所的占地面积并且会降低牵引变电所的效率。

因此，设计一种适用于上述变流器的多路输出三相降压变压器，以满足柔性牵引供电系统的需求，是一件亟需解决的事情。

实用新型内容

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，包括外壳以及设置在外壳内的铁心组件；所述铁心组件包括三个呈等边三角形排列的双框铁心，每两个双框铁心的竖边框相互拼合呈铁心柱；在铁心柱的竖向外周设置有绕组。

优选的，所述铁心柱包括A相铁心柱、B相铁心柱和C相铁心柱，在每相铁心柱的竖向外周设置有绕组。

优选的，所述绕组包括12组副边低压线圈和一组原边高压线圈，所述12组低压线圈由上到下依次绕制在铁心柱上，高压线圈绕制在低压线圈外侧。

优选的，所述各个副边低压绕组之间为低耦合且电气隔离。

优选的，原边高压绕组输入电压为110kV或以上电压等级，各个副边低压绕组输出端电压为数千伏级，原副边降压比高。

优选的，所述高压侧绕组采用星形连接方式，低压侧第1、3、5、7、9、11路绕组采用星形连接方式，第2、4、6、8、10、12路绕组采用三角形连接方式。

优选的，所述各组低压线圈之间设置有绝缘组件，所述高压线圈和低压线圈之间设置有绝缘组件。

优选的，外壳所述变压器的外壳顶部设置有1组高压套管组件，在外壳正面设有12组低压套管组件。

优选的，所述高压套管组件包括A相高压套管、B相高压套管、C相高压套管和高压公共套管，所述A相铁心柱上高压线圈的首端与A相高压套管相连，所述B相铁心柱上高压线圈的首端与B相高压套管相连，所述C相铁心柱上高压线圈的首端与C相高压套管相连，所述A相铁心柱上高压线圈的尾端、B相铁心柱上高压线圈的尾端以及C相铁心柱上高压线圈的尾端均与高压公共套管相连。

优选的，所述每组低压套管组件包括a相低压套管、b相低压套管和c相低压套管，所述a相铁心柱上的每组低压线圈的首端分别与对应的各组a相低压套管相连，所述b相铁心柱上的每组低压线圈的首端分别与对应的各组b相低压套管相连，所述c相铁心柱上的每组低压线圈的首端分别与对应的各组c相低压套管相连。

优选的，所述a相铁心柱上的每组低压线圈的尾端、b相铁心柱上每组低压线圈的尾端以及c相铁心柱上每组低压线圈的尾端根据各组低压连接组标号作相应连接。

与现有技术相比，本申请所具有的优点和效果：

1、本实用新型所披露的一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，变压器采用立体式卷铁心，副边采用多绕组结构，实现了副边多路输出，且每路输出相互独立，能很好地适配柔性牵引变电所内的变流器模块。

2、其中，副边绕组采用特定的联结方式：高压侧绕组采用星形连接方式，低压侧第1、3、5、7、9、11路绕组采用星形连接方式、第2、4、6、8、10、12路绕组采用三角形连接方式，各路输出之间按照规律存在一定的相位差，当连接的后端变流器若为不控整流，能很大程度上改善不控整流带来的电能质量问题，使网侧三相电流更正弦化，减少电流的谐波含量。

3、该变压器采用立体式卷铁心，空载损耗低、负载损耗低、空载电流小、噪声小、抗短路能力强；预计空载损耗能降低30％，负载损耗能降低15％，噪音降低到60dB。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本实施例中的铁心组件结构示意图；

图2是本实施例中的变压器结构示意图；

图3是本实施例中的变压器的原副边各组绕组联结示意图；

图4是本实施例中的变压器的高压套管组件、低压套管组件以及散热器的分布示意图；

图5是现有技术中的变压器结构示意图；

图6是一种适用于本实施例中的变压器的变流器结构示意图；

图7是本实施例中的变压器与变流器相互连接的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

实施例1

本实施例对一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器进行说明。

参照图1，图1是本实施例中的铁心组件结构示意图。一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，包括外壳以及设置在外壳内的铁心组件，所述双框铁心采用卷绕制作工艺：分别卷绕三个所述双框铁心，对卷绕完毕的所述双框铁心进行高温退火处理，对高温退火处理后的所述双框铁心进行拼合，三个所述的双框铁心呈等边三角形排列，每两个所述双框铁心的竖边框相互拼合呈铁心柱，所述铁心柱的竖向外周设置有绕组。

进一步地，所述铁心柱包括A相铁心柱、B相铁心柱和C相铁心柱，在每相铁心柱的竖向外周设置有绕组。

进一步地，所述绕组包括12组副边低压线圈和一组原边高压线圈，所述12组低压线圈由上到下依次绕制在铁心柱上，高压线圈绕制在低压线圈外侧。

进一步地，所述12组低压线圈，每路副边绕组的输出端与其他路副边绕组的输出端变比相同，各个副边低压绕组之间为低耦合且电气隔离。

本实施例中的原边高压绕组输入电压为110kV或以上电压等级，各个副边低压绕组输出端电压为数千伏级，原副边降压比高。

参照图2、图3，图2是本实施例中的变压器结构示意图，图3是本实施例中的变压器的原副边各组绕组联结示意图。

本实施例中的高压侧绕组采用星形连接方式，低压侧第1、3、5、7、9、11路绕组采用星形连接方式，联结组号分别对应为YNy0、YNy2、YNy4、YNy6、YNy8、YNy10；第2、4、6、8、10、12路绕组采用三角形连接方式，联结组号分别对应为YNd1、YNd3、YNd5、YNd7、YNd9、YNd11。

所述副边共12路绕组，分别输出相位相差30°、幅值相等的相电压。

进一步地，各组低压线圈之间设置有绝缘组件，所述高压线圈和低压线圈之间设置有绝缘组件。

本实施例中的变压器采用立体式卷铁心，空载损耗低、负载损耗低、空载电流小、噪声小、抗短路能力强，预计空载损耗能降低30％，负载损耗能降低15％，噪音降低到60dB。副边采用多绕组结构，能实现多路输出且各路输出之间按照规律存在一定的相位差，使网侧三相电流的谐波含量减少。

实施例2

本实施例对该变压器的外壳部分结构进行说明。

参照图4，图4是本实施例中的变压器的高压套管组件、低压套管组件以及散热器的分布示意图。该变压器的外壳内填充有变压器油，所述变压器的外壳顶部设置有1组高压套管组件，在外壳正面设有12组低压套管组件。

所述高压套管组件包括A相高压套管、B相高压套管、C相高压套管和高压公共套管，所述A相铁心柱上高压线圈的首端与A相高压套管相连，所述B相铁心柱上高压线圈的首端与B相高压套管相连，所述C相铁心柱上高压线圈的首端与C相高压套管相连，所述A相铁心柱上高压线圈的尾端、B相铁心柱上高压线圈的尾端以及C相铁心柱上高压线圈的尾端均与高压公共套管相连。

所述每组低压套管组件包括a相低压套管、b相低压套管和c相低压套管，所述a相铁心柱上的每组低压线圈的首端分别与对应的各组a相低压套管相连，所述b相铁心柱上的每组低压线圈的首端分别与对应的各组b相低压套管相连，所述c相铁心柱上的每组低压线圈的首端分别与对应的各组c相低压套管相连。

所述a相铁心柱上的每组低压线圈的尾端、b相铁心柱上每组低压线圈的尾端以及c相铁心柱上每组低压线圈的尾端根据各组低压连接组标号作相应连接。

实施例3

基于实施例1和实施例2，本实施例对该变压器带来的技术效果进行简单说明。

参照图5，图5是现有技术中的变压器结构示意图，现有技术中的变压器不能直接适用于以变流器为核心的柔性牵引变电所，不能实现多路输出、满足柔性牵引供电系统。而本实用新型中所提供的一种适用于变流器的多路输出三相降压变压器，很好的解决了现存技术问题。

参照图6、7，图6是一种变流器结构示意图，图7是本实施例中的变压器与变流器相互连接的结构示意图。

本实用新型中的变压器副边采用多绕组结构，能实现副边多路输出，且每路输出相互独立，满足并联的变流器模块需要多个幅值相等且相互独立的交流电源为其供电，且电源电压等级应适配于变流器模块使用的要求，能很好地适配柔性牵引变电所内的变流器模块，提高了变流器的耐压耐流能力。

对于图6中的变流器结构属于现有技术部分，本领域技术人员能够理解和使用，在此不详细赘述。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：其包括外壳以及设置在外壳内的铁心组件；

所述铁心组件包括三个呈等边三角形排列的双框铁心，每两个双框铁心的竖边框相互拼合呈铁心柱；在铁心柱的竖向外周设置有绕组；

所述铁心柱包括A相铁心柱、B相铁心柱和C相铁心柱，在每相铁心柱的竖向外周设置有绕组。

2.根据权利要求1所述一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：所述绕组包括12组副边低压线圈和一组原边高压线圈，所述12组副边低压线圈由上到下依次绕制在铁心柱上，高压线圈绕制在低压线圈外侧。

3.根据权利要求2所述一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：所述12组副边低压线圈中每路副边低压绕组之间为低耦合且电气隔离。

4.根据权利要求2所述一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：原边高压绕组输入电压为110kV或以上电压等级，各个副边低压绕组输出端电压为数千伏级，原副边降压比高。

5.根据权利要求4所述一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：原边高压绕组采用星形连接方式；副边低压绕组第1、3、5、7、9、11路绕组采用星形连接方式，第2、4、6、8、10、12路绕组采用三角形连接方式。

6.根据权利要求2所述一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：所述各组副边低压线圈之间设置有绝缘组件，所述高压线圈和副边低压线圈之间设置有绝缘组件。

7.根据权利要求1所述一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：所述变压器的外壳顶部设置有1组高压套管组件，在外壳正面设有12组低压套管组件。

8.根据权利要求7所述一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：所述高压套管组件包括A相高压套管、B相高压套管、C相高压套管和高压公共套管，所述A相铁心柱上高压线圈的首端与A相高压套管相连，所述B相铁心柱上高压线圈的首端与B相高压套管相连，所述C相铁心柱上高压线圈的首端与C相高压套管相连，所述A相铁心柱上高压线圈的尾端、B相铁心柱上高压线圈的尾端以及C相铁心柱上高压线圈的尾端均与高压公共套管相连。

9.根据权利要求7所述一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：所述每组低压套管组件包括a相低压套管、b相低压套管和c相低压套管，所述a相铁心柱上的每组低压线圈的首端分别与对应的各组a相低压套管相连，所述b相铁心柱上的每组低压线圈的首端分别与对应的各组b相低压套管相连，所述c相铁心柱上的每组低压线圈的首端分别与对应的各组c相低压套管相连。

10.根据权利要求1所述一种基于移相的适用于柔性牵引变电所的变压器，其特征在于：所述a相铁心柱上的每组低压线圈的尾端、b相铁心柱上每组低压线圈的尾端以及c相铁心柱上每组低压线圈的尾端根据各组低压连接组标号作相应连接。

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