CN2241915Y - 星形一开闭三角形接线牵引变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于三相—两相平衡(对称)变压器，亦可灵活地组成三相—单相对称补偿系统。它采用普通三相铁芯，原边绕组为Y接，可引出中性点接地，次边由△接三相绕组和V接两相绕组组成，△接绕组能为3次谐波提供激磁通路。同一(Y、V、△)接法中每相绕组的归算(等值)漏抗按同一值匹配。材料利用率与LeBlanc接线相同。制造工艺简单，似普通3绕组电力变压器。特别适用于交流电气化铁道等单相型或两相型交流负载场合。

Description

星形—开闭三角形接线牵引变压器

本实用新型涉及供电技术领域，尤其涉及三相—两相或三相—单相牵引供电装置。

铁路和工矿上的交流牵引供电多采用两相或单相电压制式，与普通三相用户相比，属于典型的三相不对称负载，在运行时会向系统反送大量负序电流(功率)，影响电力系统的安全运行和经济运行。理论和实践均表明，采用三相—两相平衡(对称)接线或三相—单相接线加并联补偿(称为三相—单相对称补偿系统)是减轻和消除负序不良影响以及保证正常、安全供电的有力措施。目前，国内外生产和使用的三相—两相平衡接线有Scott、LeBlanc、Kübler、Woodbridge及其变型接线。其中，Scott接线的主要缺点是在原边难以实现大电流中性点接地，亦无△绕组构成3次谐波激磁通路以改善电源电压波形，同时要求特殊的制造工艺，造价增高，应用受到相应限制；LeBlanc接线原边虽有△绕组，能为3次谐波提供通路，但绝缘要求高，且不能实现中性点接地，Kübler接线工艺要求特殊，生产成本上升；Woodbridge(变形)接线需另外增设自耦变压器，才能构成两相对称系。结构复杂，且综合材料利用率最低，当把自耦变压器等效移入三相铁芯内时，则与Kübler接线一样，需要特殊的制造工艺，成本增加。此外，除Scott接线外其他接线都不能以最小补偿容量方式灵活运用于三相一单相对称补偿系统(称为不等边Scott接线，日本人提出并应用)，但尽管如此，Scott接线的上述固有缺点依然存在。

本实用新型的目的是提供一种三相—两相平衡接线或三相—单相对称补偿接线的牵引变压器。

本实用新型采用普通三相铁芯，原边用Y接(星形)三相绕组，可引出接地中性点；其技术特征是：次边由1个△(闭三角形)接三相绕组和1个V接(开三角形)两相绕组组成，△接和V接绕组每相匝数分别相同，△接绕组可提供3次谐波激磁通路。要求次边V接两相绕组的归算漏抗按等值匹配，△接三相绕组的归算漏抗按等值匹配，原边Y接三相绕组的归算漏抗亦按等值匹配。基本接线方式仍以＊、#、∧为绕组的同名端标志，它们分别布置在三相铁芯上，原边三相电压A、B、C可任意排列选择。当用于三相—两相平衡方式时，若次边△接每相绕组匝数为ω_β，则V接两相绕组匝数 。V接端口与△接的一相引出端口的电压大小相等，向量垂直，构成两相对称系，并可与原边的三相对称系相互变换。组成三相—单相对称补偿系统时，将V接绕组的一个引出端子(α或α′)与△接绕组一个引出端子(β或β′)相连接，另两个引出端子分别与牵引馈线和钢轨(或地)相连接，组成牵引端口；V接绕组和△接绕组的引出端口，称为补偿端口，分别并联电容器和电抗器(电感)，其原则是两补偿端口电压相位相比，超前90°的补偿端口并联电抗器，另一补偿端口(滞后90°)并联电容器；通过V接和△接绕组匝数多少(电压大小)的选择以保证无功、负序的独立与完备补偿，并且使补偿容量为最小，此时两补偿端口与牵引端口组成电压直角三角形，补偿端口是两个直角边，牵引端口是斜边，当牵引端口的额定电压为U，其负载的功率因数角为时，并联电容器和并联电抗器补偿端口的电压大小分别为：

            U_C＝Usin(45°-/2)

            U_L＝Ucos(45°-/2)

本实用新型与现有技术相比所具有的效果和优点在于它在普通三相铁芯上实现原边Y形接线，绕组绝缘要求低，具有可大电流接地中性点，克服了Scott和LeBlanc接线在原边难以实现大电流中性点接地及LeBlanc绕组绝缘要求高等缺点；次边有一△接三相绕组，能提供3次谐波激磁通路，能为负载提供理想的电源电压波形，避免了Scott接线无△绕组的缺陷；本实用新型制造工艺简单(类似于三相三绕组变压器)，无需Scott、Kübler等接线的特殊技术要求，使成本大为降低；同时，既可用于三相—两相平衡接线，实现与既有平衡接线变压器相同的供电功能，还能灵活地组成三相—单相对称补偿系统，这是Kübler和Woodbridge接线无法做到的。

本实用新型的附图说明。

图1为本实用新型的基本接线图；

图2为本实用新型的原、次边电压向量图；

图3为本实用新型与牵引网的连接图；

图4为本实用新型组成三相—单相对称补偿系统实现方式之一；

图5为本实用新型组成三相—单相对称补偿系统实现方式之二。

下面结合图例对本实用新型作进一步描述，如图1所示，本实用新型使用普通三相铁芯，原边三相绕组为Y接，通过标以＊、#、∧符号的三个端子接入A、B、C三相电压，接入方式可有六种排列，图1为其中一种；次边由一组△接三相绕组和一组V接两相绕组组成，＊、#、∧为与原边对应的同名端，其中从△接三相绕组的#∧端子引出一个端口，记为ββ′，一般称为端口β，从V接绕组的＊∧端子引出另一个端口，记为αα′，一般称为端口α，视端口α、β两端的连接情况，另两端子可组成第三个端口。图1中，ω为原边每相绕组的匝数，ω_β为次边△接每相绕组的匝数，ω_α为V接绕组每相的匝数。

图2为本实用新型的端口电压向量关系，端口α、β的电压向量_α、_β相互垂直。这是本实用新型的关键，是实际实施的基础。图中，电压向量的下标中，A，B，C表示电压相别，1、2分别对应端口α和β。

图3为本实用新型构成的三相—两相平衡(对称)系统并接入牵引网的基本实施方式。图中，Loc为电力机车，Feeder为馈线，IP为分相绝缘器，GT为钢轨(或地)，ocs为接触网(GT和ocs组成牵引网)。此时，端口α、β的电压大小相等，方向垂直，若设端口α、β的电压大小均为U，原边线电压为U_AB，每相绕组匝数为ω，则次边各相绕组的匝数分别为： ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\β}}=\sqrt{3}\frac{U}{U_{\mathrm{AB}}}\mathrm{\ω}$ ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\α}}=\frac{U}{U_{\mathrm{AB}}}\mathrm{\ω}$

即△接三相绕组每相匝数ω_β为V接两相绕组每相绕组匝数ω_α。的

倍。当端口α、β的负载分别为I_α、I_β时，V接和△接绕组的总容量分别为： $S_v=2I_{\mathrm{\α}}U/\sqrt{3}$ S_Δ＝4I_βU/3

图3所示的牵引网可以是直接供电方式，BT(吸流变压器)供电方式，也可以是AT(自耦变压器)供电方式。用于AT供电方式时，可在端口α、β的馈线上分别引入升压AT，或将本实用新型的次边设两套△接和V接绕组，以供应相互垂直的2×27.5kV电压，这时可省去馈线的两套AT。

图4和图5是本实用新型与并联电容器和并联电抗器组成的三相—单相对称补偿系统的两种实施方案。并联电容器和并联电抗器在补偿端口安排的原则是：两补偿端口电压相位相比，超前90°的补偿端口并联电抗器，另一补偿端口并联电容器；图4中，并联电容器PC(串有串联电抗器SL以兼滤谐波或防止谐波放大)安排在V接绕组引出的补偿端口上，并联电抗器在△接绕组引出的补偿端口ββ′上；V接和△接绕组匝数多少的选择原则是保证无功、负序的独立与完备补偿，并且补偿容量最小，当原边线电压为U_AB，牵引端口αβ′的额定电压为U，且牵引负载的功率因数角为时，V接和△接绕组每相匝数分别为：

图5按相同的原则，只是把并联电容器安排在△接绕组引出的补偿端口ββ′上，而并联电抗器在V接绕组引出的补偿端口αα′上，每相绕组匝数分别为：

本实用新型用于图4、图5那样的三相—单相对称补偿系统时，并联补偿可以是固定的，也可以是可调的，同时，当负序要求不很严格时，也可省缺并联电抗器，只用并联电容器。

Claims (2)

1.一种星形—开闭三角形接线牵引变压器，完成三相对称系到两相对称系或单相系统的电气量变换，采用普通三相铁芯，原边为Y接，可抽出中性点接地，其特征在于：次边由一个△接三相绕组和V接两相绕组组成，△接和V接绕组每相匝数分别相同，次边△接三相绕组每相匝数是V接两相绕组每相匝数的

倍，V接端口与△接的一相引出端口的电压大小相等，向量垂直，构成两相对称系；V接引出端口与△接的一相引出端口形成两个相位差等于90°的补偿端口，超前端口并联电抗器，滞后端口并联电容器，将两端口一端相接，另两端组成牵引端口供给牵引负载。

2.根据权利要求1所述的星形—开闭三角形接线牵引变压器，其特征在于次边V接两相绕组的归算漏抗按等值匹配，△接三相绕组的归算漏抗按等值匹配，原边Y接三相绕组的归算漏抗亦按等值匹配。

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