CN2480961Y - 三相变单相平衡变压器 - Google Patents

Abstract

一种三相变单相平衡变压器,主要应用于电气化铁路的单相供电系统,它能达到三相变单相的平衡变换,理想状态负序电流为零,功率因数1.0,还能吸收部分谐波;取消电分相,实现同相供电。变压器采用等截面三柱式铁心,原边接线是倒“T”形,次边接线是反“L”形,兼有滤波功能的移相电容器、电抗器组与移相电抗器在相位上垂直配置;根据负荷的大小及功率因数配置移相电容器、电抗器组与移相电抗器的容量。

Description

三相变单相平衡变压器

本实用新型涉及一种电气化铁路的牵引供电装置。

由整流型电力机车为动力的电气化铁路，功率因数一般为0.8左右，谐波丰富，其中三次谐波含量达基波的30％；由工业三相电力系统供电给二相牵引负荷，采用星/三角(YND)接线变压器，造成三相电力系统不平衡，负序电流致少达50％，变压器材料利用率仅75％，既浪费材料又恶化电网运行，并给牵引供电企业造成经济损失。

本实用新型的目的是提供一种三相变单相平衡变压器，它既能达到三相变单相的平衡变换，理想状态负序电流为零，功率因数1.0，可以实现自动补偿；还可以实现分级补偿或自动跟踪补偿，或在较低的电压级进行无功功率补偿；针对负序电流补偿，补偿成本将大幅度降低；还能吸收部分谐波，以减少对电力系统的影响；取消电分相，实现同相供电；提高列车运行速度；降低牵引变压器安装容量，提高牵引供电企业经济效益。

本实用新型是变压器接线和电容器、电抗器配置的实用新型。

本实用新型的目的是这样实现的：

三相变单相平衡变压器，由公知的变压器、电容器、电抗器及开关组成，可调电抗器接线，其特征是：变压器的铁心为三柱式，左边柱与右边柱的截面积相等，中柱的截面积是左边柱(右边柱)截面积的

倍；左边柱套装原边线圈(D1)和次边线圈(D2)，右边柱套装原边线圈(G1)和次边线圈(G2)，原边线圈(G1)尾端与原边线圈(D1)中点(O′)相连，次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，原边线圈(G1)与原边线圈(D1)由端子(A、B、C)接入三相电力系统，次边线圈(G2)首端子(S)与次边线圈(D2)首端子(N)间接入负荷；

原边线圈(G1)的匝数是原边线圈(D1)匝数的 /2倍；

次边线圈(G2)端子(S、Z)间接入1个电容器与电抗器支路，由开关(R1)控制电抗器与电容器的支路的投切，电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)之比，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)串联后的等值容抗为(Xd1)；

次边线圈(G2)端子(S、Z)间接入1个可变电抗器支路，由开关(R2)控制可变电抗器感抗(Xr2)的投切；

次边线圈(D2)接入1个可变电抗器支路，由开关(K1)控制可变电抗器感抗(Xk1)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度(圆周360度，下同)，开关(R1)支路电抗器感抗(Xr1)与电容器容抗(Xc1)串联后和开关(R2)支路可变电抗器感抗(Xr2)并联，等值电容容量为QR千乏，可变电抗器感抗(Xk1)容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1)支路。

三相变单相平衡变压器，中压调整电容电抗接线，其特征是：次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，次边线圈(D2)首端子(N)与次边线圈(G2)首端子(S)接入负荷；

次边线圈(G2)端子(S、Z)间接入n个电容器与电抗器支路，分别由开关(R1～Rn)控制电抗器与电容器支路的投切，电抗器的感抗(Xr1～Xm)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)之比可以不相同，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1～Xrn)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)串联后的等值容抗为(Xd1～Xdn)；

次边线圈(D2)端子(N、Z)接入n个电抗器支路，分别由开关(K1～Kn)控制电抗器感抗(Xk1～Xkn)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度，等值容抗电容容量为QR千乏，电抗容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1～Kn)支路。

三相变单相平衡变压器，低压调整电容电抗接线，其特征是：次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，次边线圈(D2)端子(N)与次边线圈(G2)端子(S)接入负荷；

另设次边线圈(D3)与次边线圈(G3)，次边线圈(G3)接入n个电容器与电抗器支路，分别由开关(R1～Rn)控制电抗器与电容器的支路的投切，电抗器的感抗(Xr1～Xm)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)之比可以不相同，计入次边线圈(G2)与次边线圈(G3)的变比及漏抗后，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1～Xm)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)串联后的等值容抗为(Xd1～Xdn)；

次边线圈(D3)接入n个电抗器支路，分别由开关(K1～Kn)控制电抗器感抗(Xk1～Xkn)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度，等值容抗电容器容量为QR千乏，电抗器容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，计入次边线圈(D2)与次边线圈(D3)变比及漏抗、次边线圈(G2)与次边线圈(G3)的变比及漏抗后，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1～Kn)支路。

三相变单相平衡变压器，单组电容电抗接线，其特征是：次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，次边线圈(D2)端子(N)与次边线圈(G2)端子(S)接入负荷；

次边线圈(G2)接入1个电容器与电抗器支路，由开关(R1)控制电抗器与电容器的支路的投切，电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)之比，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)串联后的等值容抗为(Xd1)；

次边线圈(D2)接入1个电抗器支路，由开关(K1)控制电抗器感抗(Xk1)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度，等值容抗电容器容量为QR千乏，电抗器容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1)支路。

下面结合附图说明：

附图1所示，是三相变单相平衡变压器可调电抗器接线，变压器的铁心为三柱式，左边柱与右边柱的截面积相等，中柱的截面积是左边柱(右边柱)截面积的

倍；左边柱套装原边线圈(D1)和次边线圈(D2)，右边柱套装原边线圈(G1)和次边线圈(G2)，原边线圈(G1)尾端与原边线圈(D1)中点(O′)相连，次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，原边线圈(G1)与原边线圈(D1)由端子(A、B、C)接入三相电力系统，次边线圈(G2)首端子(S)与次边线圈(D2)首端子(N)间接入负荷；

原边线圈(G1)的匝数是原边线圈(D1)匝数的 /2倍；

次边线圈(G2)端子(S、Z)间接入1个电容器与电抗器支路，由开关(R1)控制电抗器与电容器的支路的投切，电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)之比，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)串联后的等值容抗为(Xd1)；次边线圈(G2)端子(S、Z)间接入1个可变电抗器支路，由开关(R2)控制可变电抗器感抗(Xr2)的投切；当负荷功率(电流)增加时，调整可变电抗器的感抗(Xr2)增加，电感电流减小，电容电流增加；

次边线圈(D2)接入1个可变电抗器支路，由开关(K1)控制可变电抗器感抗(Xk1)的投切；当负荷功率(电流)增加时，调整可变电抗器的感抗(Xk1)减小，电感电流增加；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度(圆周360度，下同)，开关(R1)支路电抗器感抗(Xr1)与电容器容抗(Xc1)串联后和开关(R2)支路可变电抗器感抗(Xr2)并联，等值电容容量为QR千乏，可变电抗器感抗(Xk1)容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零，达到三相变单相的目的；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1)支路。

附图2所示，是三相变单相平衡变压器，中压调整电容电抗接线，次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，次边线圈(D2)首端子(N)与次边线圈(G2)首端子(S)接入负荷；

次边线圈(G2)端子(S、Z)间接入n个电容器与电抗器支路，分别由开关(R1～Rn)控制电抗器与电容器支路的投切，电抗器的感抗(Xr1～Xrn)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)之比可以不相同，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1～Xrn)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)串联后的等值容抗为(Xd1～Xdn)；

次边线圈(D2)端子(N、Z)接入n个电抗器支路，分别由开关(K1～Kn)控制电抗器感抗(Xk1～Xkn)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度，等值容抗电容容量为QR千乏，电抗容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零，实现分级调整。分级调整的级差，可以由功率因数或负序电流值分别限定，由允许的功率因数(例如大于0.9)或允许的负序电流值(例如小于40安)确定等值电容容量和电抗器容量；由最大负荷和级差确定分级的数目；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1～Kn)支路。

附图3所示，是三相变单相平衡变压器，低压调整电容电抗接线，次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，次边线圈(D2)端子(N)与次边线圈(G2)端子(S)接入负荷；

另设次边线圈(D3)与次边线圈(G3)，次边线圈(G3)接入n个电容器与电抗器支路，分别由开关(R1～Rn)控制电抗器与电容器的支路的投切，电抗器的感抗(Xr1～Xrn)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)之比可以不相同，计入次边线圈(G2)与次边线圈(G3)的变比及漏抗后，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1～Xrn)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)串联后的等值容抗为(Xd1～Xdn)；

次边线圈(D3)接入n个电抗器支路，分别由开关(K1～Kn)控制电抗器感抗(Xk1～Xkn)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度，等值容抗电容器容量为QR千乏，电抗器容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，计入次边线圈(D2)与次边线圈(D3)变比及漏抗、次边线圈(G2)与次边线圈(G3)的变比及漏抗后，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零，低压调整电容电抗，分组可以更小，级差也可以更小，使负序电流值趋向于零，功率因数趋向于1.0，低压调整可以降低开关设备的成本和运行费用。当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1～Kn)支路。

附图4所示，是三相变单相平衡变压器，单组电容电抗接线，次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，次边线圈(D2)端子(N)与次边线圈(G2)端子(S)接入负荷；

次边线圈(G2)接入1个电容器与电抗器支路，由开关(R1)控制电抗器与电容器的支路的投切，电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)之比，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)串联后的等值容抗为(Xd1)；

次边线圈(D2)接入1个电抗器支路，由开关(K1)控制电抗器感抗(Xk1)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度，等值容抗电容器容量为QR千乏，电抗器容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零。当负荷的容量SH及其功率因数角(f)偏离给定的等值容抗(Xd1)电容容量QR，电抗感抗(Xk1)容量QL时，三相侧功率因数小于1.0，负序电流大于零；选择适当的参数，当负荷大小、功率因数变化时，可以使三相侧功率因数或负序电流值限定在允许的范围之内。当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1)支路。

本实用新型的三相变单相平衡变压器与既有技术相比，可以取消既有技术的电分相，克服无电区，提高列车运行速度。针对无功功率，有目的的进行补偿，运行企业提高经济效益。针对负序电流进行参数选择，可以改善电网运行条件。可以降低变压器装建容量，节省基本建设投资及运营费用。是节省供电能源、提高电能效率、提高列车速度、保障行车安全的供电设备。

图面说明：

附图1中：

G1、D1-高压线圈；

A、B、C-高压线圈引出端子；

G2、D2-中压线圈；

S、N、Z-中压线圈引出端子；

R1、R2-开关；

Xc1-电容器容抗；

Xr1、Xr2-电抗器感抗；

K1-开关；

Xk1-电抗器感抗；

附图2中：

R1...Rn-开关；

Xr1...Xrn-电抗器感抗；

Xc1...Xcn-电容器容抗；

K1...Kn-开关；

Xk1..Xkn-电抗器感抗；

余同附图1。

附图3中：

G3、D3-低压线圈；

S3、N3、Z3-低压线圈端子；

余同附图1、附图2。

附图4中：

同附图1。

实现本实用新型的最好方式是制造三相变单相平衡变压器，建设具有三相变单相平衡变压器的牵引变电所。本实用新型的三相变单相平衡变压器，适用于做电气化铁道牵引变压器。三相变单相平衡变压器的原边线圈(A1、B1、C1)由端子(A、B、C)接入工业三相电力系统(例如110KV或以上电压)。单相引出端(S，N)向上、下行牵引网供电。

凡是具有110千伏及以上电压等级生产许可的变压器制造厂，都可以生产三相变单相平衡变压器，做为YND(星-三角)接线牵引变压器的更新换代产品。

Claims (4)

1.一种三相变单相平衡变压器，由公知的变压器、电容器、电抗器及开关组成，其特征是：变压器的铁心为三柱式，左边柱与右边柱的截面积相等，中柱的截面积是左边柱(右边柱)截面积的

倍；左边柱套装原边线圈(D1)和次边线圈(D2)，右边柱套装原边线圈(G1)和次边线圈(G2)，原边线圈(G1)尾端与原边线圈(D1)中点(O′)相连，次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，原边线圈(G1)与原边线圈(D1)由端子(A、B、C)接入三相电力系统，次边线圈(G2)首端子(S)与次边线圈(D2)首端子(N)间接入负荷；

原边线圈(G1)的匝数是原边线圈(D1)匝数的 /2倍；

次边线圈(G2)端子(S、Z)间接入1个电容器与电抗器支路，由开关(R1)控制电抗器与电容器的支路的投切，电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)之比，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)串联后的等值容抗为(Xd1)；

次边线圈(G2)端子(S、Z)间接入1个可变电抗器支路，由开关(R2)控制可变电抗器感抗(Xr2)的投切；

次边线圈(D2)接入1个可变电抗器支路，由开关(K1)控制可变电抗器感抗(Xk1)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度(圆周360度，下同)，开关(R1)支路电抗器感抗(Xr1)与电容器容抗(Xc1)串联后和开关(R2)支路可变电抗器感抗(Xr2)并联，等值电容容量为QR千乏，可变电抗器感抗(Xk1)容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1)支路。

2.由权利要求1所述的三相变单相平衡变压器，其特征是：次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，次边线圈(D2)首端子(N)与次边线圈(G2)首端子(S)接入负荷；

次边线圈(G2)端子(S、Z)间接入n个电容器与电抗器支路，分别由开关(R1～Rn)控制电抗器与电容器支路的投切，电抗器的感抗(Xr1～Xrn)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)之比可以不相同，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1～Xrn)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)串联后的等值容抗为(Xd1～Xdn)；

次边线圈(D2)端子(N、Z)接入n个电抗器支路，分别由开关(K1～Kn)控制电抗器感抗(Xk1～Xkn)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度，等值容抗电容容量为QR千乏，电抗容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1～Kn)支路。

3.由权利要求1所述的三相变单相平衡变压器，其特征是：次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，次边线圈(D2)端子(N)与次边线圈(G2)端子(S)接入负荷；

另设次边线圈(D3)与次边线圈(G3)，次边线圈(G3)接入n个电容器与电抗器支路，分别由开关(R1～Rn)控制电抗器与电容器的支路的投切，电抗器的感抗(Xr1～Xrn)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)之比可以不相同，计入次边线圈(G2)与次边线圈(G3)的变比及漏抗后，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1～Xrn)与电容器的容抗(Xc1～Xcn)串联后的等值容抗为(Xd1～Xdn)；

次边线圈(D3)接入n个电抗器支路，分别由开关(K1～Kn)控制电抗器感抗(Xk1～Xkn)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度，等值容抗电容器容量为QR千乏，电抗器容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，计入次边线圈(D2)与次边线圈(D3)变比及漏抗、次边线圈(G2)与次边线圈(G3)的变比及漏抗后，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1～Kn)支路。

4.由权利要求1所述的三相变单相平衡变压器，其特征是：次边线圈(G2)端子与次边线圈(D2)端子(Z)相连成反“L”形，次边线圈(D2)端子(N)与次边线圈(G2)端子(S)接入负荷；

次边线圈(G2)接入1个电容器与电抗器支路，由开关(R1)控制电抗器与电容器的支路的投切，电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)之比，对三次谐波为0.12～0.13；电抗器的感抗(Xr1)与电容器的容抗(Xc1)串联后的等值容抗为(Xd1)；

次边线圈(D2)接入1个电抗器支路，由开关(K1)控制电抗器感抗(Xk1)的投切；

负荷的容量为SH千伏安，负荷功率因数角为f度，等值容抗电容器容量为QR千乏，电抗器容量为QL千伏安，次边线圈(D2)电压与次边线圈(G2)电压值的正切角为g度，各量值有如下关系： $g=\frac{1}{4}(180-2f);\mathrm{QR}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1+\sin f);\mathrm{QL}=\frac{1}{2}\×\mathrm{SH}\×(1-\sin f)$

三相侧功率因数等于1.0，负序电流等于零；当三相侧功率因数或负序电流满足允许值时，可以取消开关(K1)支路。

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