三相十字交叉結線牽引變壓器的製作方法

2023-06-17 22:35:46

專利名稱：三相十字交叉結線牽引變壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及高壓電氣化供電技術領域，特別適用於鐵路電氣化供電系統。
以下結合附圖對本實用新型描述如下

圖1、斯科特結線變壓器AT供電方式及其電壓相位關係圖2、變形伍德橋結線變壓器AT供電方式及其電壓相位關係圖3、兩臺Y／△－11變壓器組成十字交叉方式的2×27.5KV電壓系統圖4、三相十字交叉結線變壓器構成的AT供電方式圖5、三線圈阻抗(a)原電路(b)等值電路圖6、三相十字交叉結線變壓器構成方案一(實施例1)圖7、實施例1構成方案的低壓繞組結線方法圖8、三相十字交叉結線變壓器構成方案二(實施例2)圖9、實施例2構成方案的低壓繞組結線方法1－斯科特結線變壓器8－鋼軌尺2－伍德橋結線變壓器9－正饋線F3－Y／△－11接線變壓器 10－B座升壓自耦變壓器4－三相十字交叉結線變壓器11－變壓器鐵心5－一次(三相)電源12－高壓繞組6－自耦變壓器13－低壓繞組7－接觸線T目前世界上已實現的交流電氣化鐵道AT供電方式牽引變壓器結線型式有斯科特結線變壓器(Scott Transformer)(圖1)，變形伍德橋結線變壓器(Modified Wood Bridge Trans－former)(圖2)；單相變壓器和以兩臺Y／△－11三相兩繞組變壓器組成十字交叉結線(圖3)等。
上述各型牽引變壓器構成的AT供電方式均有其各自的技術經濟短處，例如斯科特和變形伍德橋結線方式，因二次繞組中點不抽出接地，因此必須在接觸網供電線側增設自耦變壓器(AT)，以構成2×27.5KV電壓系統。此外，為了滿足牽引變電所三相自用電的需要，還必須設置特殊結線的逆斯科特結線變壓器，變電所主結線十分複雜，建設費用很高；單相變壓器結線方式使電力系統三相負荷和電壓產生嚴重不平衡，惡化了電力系統的技術經濟指標，對於較小的電力系統，這種負荷不對稱還可能危及發電機的安全運行，而三相電壓不對稱則可能對三相動力裝置造成危害；以兩臺Y／△－11結線變壓器組成十字交叉方式，雖可在二次側直接構成2×27.5KV電壓系統，但為了保證運行中的任一臺Y／△－11變壓器因事故或討劃檢修解列時，仍能獲得2×27.5KV電壓系統，必需設置第三臺 Y／△－11變壓器，且其結線應能方便的替換兩臺運行變壓器中的任一臺。這種方式，主變壓器安裝臺數多，結線複雜，建設費用也較高。
本實用新型提出的三相十字交叉結線牽引變壓器(圖4)，改進了現有牽引變壓器結線方式，可有效地彌補現有技術的不足，顯著改進AT供電方式電氣化鐵道的技術經濟指標。
本實用新型的技術解決方案，是在一個截面相等的三柱鐵心上，實現兩個二次角形繞組對接，構成三相十字交叉結線牽引變壓器。
為保證三相十字交叉結線牽引變壓器具有較好的防止對平行接近牽引網的通信線產生危險和雜音影響的能力，並不致使AT牽引網故障點標定裝置的測量結果產生明顯誤差，對變壓器阻抗有兩項特殊要求其一是二次兩個低壓繞組分別相對於一次高壓繞組的阻抗Z21和Z31應完全相等，即Z21＝Z31式中Z21－原邊繞組短路，第二繞組加電源(二次330°聯結組)，第三繞組開路(二次30°聯結組)測得的阻抗；Z31－原邊繞組短路，第三繞組加電源，第二繞組開路測得的阻抗。
其二是三相三繞組十字交叉結線牽引變壓器二次中性點的漏抗應接近AT漏抗值0.45Ω(歸算至27.5KV)理論分析證明三繞組變壓器的阻抗迴路可等價於一個兩繞組變壓器阻抗和一個AT漏抗的組合(圖5)。圖中，E1一次電源電壓，E0二次三次空載電壓ZD假想雙線圈主變壓器阻抗；當Z21＝Z31時，有ZE＝ (Z21- Zh)/2 式中ZE假想AT漏抗ZH一次線圈短路，二次線圈加電源用測得的三次線圈電壓被二次線圈的短路電流除所得到的互阻抗。
為了實現上述變壓器阻抗的特殊要求，在變壓器結構上將兩個低壓繞組13，實行軸向分裂交錯放置，保證兩個低壓繞組對原邊的阻抗完全相等，同時儘量增加兩個低壓繞組間的耦合，使當量AT漏抗值達0.45Ω以下。
本實用新型為一臺三繞組變壓器，具有一組高壓繞組12，兩組低壓繞組13。該兩組低壓繞組匝數阻抗相同，每組間隔並聯或串聯。高壓繞組12和低壓繞組13，在截面相等的三柱鐵心11上，每柱沿幅向由裡向外排列。高壓繞組12三相接成星形，並有中性點引出接地。兩組低壓繞組13排列必須保持幾何對稱，低壓繞組三相分別按△－11和△－1接線，其線電壓相對於原邊線電壓分別為330°和30°，將低壓繞組兩三角形的特定頂點對接於N，可形成相位差為120°的兩個2×27.5KV電壓系統。其中對頂點N引出線接鋼軌R或接地，其餘端子可分別與上引線T1、T2和下行線F1、F2連接，構成電氣化鐵道AT牽引供電系統，如圖4。
在本實用新型三相十字交叉結線牽引變壓器基本結構中，繞組在鐵心上排列方式有以下兩種。
實施例1(圖6)鐵心11每柱沿幅向由裡向外有三層繞組，兩組低壓繞組13，由四個線圈組成，排列在內兩層，每組繞組分別將內兩層的線圈作交叉串聯連接；高壓繞組則分別為兩個線圈12，排列在外層。三個鐵心柱上的兩組低壓繞組的聯結分別為△－11和△－1方式(圖7)。將兩個角形繞組的特定頂點相對接，即可構成兩個相位差成120°的2×27.5KV電氣化鐵道AT牽引供電系統。
實施例2(圖8)鐵心11每柱沿幅向由裡向外有兩層繞組，高壓繞組12置於內層，低壓繞組13採用交疊式線圈，置於外層，引線比較方便。低壓繞組結線方式如圖9。每柱的低壓繞組分為兩組，每組間隔串聯或並聯(圖9中為間隔串聯)。三個鐵心柱上的兩組低壓繞組的聯結分別為△－11和△－1方式。將兩個角形繞組的特定頂點相對接，即可構成兩個相位相差成120°的2×27.5KV電氣化鐵道AT牽引供電系統。
本實用新型三相十字交叉結線牽引變壓器及其構成的AT供電方式，與國內外現有技術相比，具有以下優點1、與斯科特和變形伍德橋結線方式相比，由於主變壓器二次已經構成兩組2×27.5KV電壓系統，因此無需再在變電所牽引側設置饋線AT，對於複線AT牽引變電所至少可節約4臺大容量自耦變壓器，且無需為自用電或三相動力負荷設置專用的兩相－三相變壓器，節約的經濟價值十分可觀。
2、與斯科特結線變壓器相比，高壓繞組採用星形接線，可引出中性點接地，降低了高壓繞組中性點的絕緣水平，使變壓器成本大大降低。
3、與單相變壓器方式相比，其對電力系統的負序影響較小，由於電力牽引負荷三相不對稱造成電力系統技術經濟和安全供電指標下降程度較小。
4、與變形伍德橋結線方式相比，不僅可省去變電所中4臺單向自耦變壓器，還可省掉一臺升壓單相自耦變壓器10，且結構簡單，運營方便，體積小，佔地面積小。
5、與兩臺三相雙線圈一般電力變壓器在外部對接成十字交叉結線相比，可省去第三臺Y／△－11變壓器。
權利要求1.一種在一個截面相等的三柱鐵心11上，實現兩個二次角形繞組對接，構成三相十字交叉結線牽引變壓器，其特徵在於每相的兩組低壓繞組13和一組高壓繞組12在三柱鐵心11的每柱沿幅向由裡向外排列，並將兩個匝數阻抗相等以三角形結線的低壓繞組13對接，構成電氣化鐵道AT牽引供電系統的交叉變壓器。
2.由權利要求1所述三相十字交叉結線牽引變壓器，其特徵在於高壓繞組12和低壓繞組13，在鐵心11每柱沿幅向由裡向外排列方式有兩種一是由四個匝數相等線圈組成的低壓繞組13，排列在鐵心11內層，由兩個匝數相同線圈組成高壓繞組12，排列在鐵心11外層，二是高壓繞組12在鐵心11內層，不少於12個匝數相等線圈組成的低壓繞組13在鐵心11外層。
3.由權利要求1所述三相十字交叉結線牽引變壓器，其特徵在於低壓繞組13實行軸向分裂交錯放置，每組間隔串聯或並聯。
4.由權利要求1所述三相十字交叉結線牽引變壓器，其特徵在於高壓繞組12三相接成星形，並有中性點 抽頭引出線接地。
5.由權利要求1所述三相十字交叉結線牽引變壓器，其特徵在於每相兩個匝數。阻抗相等的低壓繞組13分別按△－1和△－11連結，形成120°的交叉結線，構成兩相輸出。
6.由權利要求1和5所述三相十字交叉結線牽引變壓器，其特徵在於十字交叉結線的兩個低壓角形繞組對頂點N接鋼軌R，其餘端子分用與上行線T1、T2和下行線F1、F2相結，構成兩個相位差為120°的2×27.5KV牽引供電系統。
專利摘要一種在一個三柱鐵心上，實現兩個二次角形繞組對接，構成三相十字交叉結線牽引變壓器，適用於交流電氣化鐵道AT供電系統。與國內外現有技術相比，它具有接線簡單，造價低，佔地面積小，有較好的防止對通信線幹擾影響的能力，是一種技術經濟指標均優的新型牽引變壓器。
文檔編號H01F27/28GK2050655SQ8920191
公開日1990年1月3日 申請日期1989年2月24日 優先權日1989年2月24日
發明者繆耀珊, 孫定華, 陳黨生, 徐敦清 申請人:西安變壓器電爐廠, 鐵道部電氣化工程局電氣化勘測設計院