探讨电气化铁道的供电牵引系统电力变压器

探讨电气化铁道的供电牵引系统电力变压器

吴政隆

郑州铁路职业技术学院 451460

摘要：随着我国科技的迅猛发展，电气化铁道自身也迎来了新的发展机遇，尤其是电气化铁道供电牵引电力变压器的创新发展，对我国铁路运输行业的影响尤为明显。文章对电气化铁道供电牵引电力变压器进行研究，通过结合我国电气化铁道供电牵引电力变压器的发展历程，对牵引变压器的共性运行原理进行了阐述，并在此基础上对牵引变压器的连接方法和运行特点进行了探讨。
关键词：交通运输；变压器；铁路运输；供电系统

牵引变压器在动车组高速运行时温升要求能够稳定维持在正常范围之内是保障电力机车车组正常运行的基本要求，在动车组运行的过程中车载变压器会因为各部分的损耗而持续发热，过高的温度将加速变压器中绕组间绝缘材料的老化从而缩短其使用寿命，在工作过程中，一旦变压器局部最热点发热温度超过最高许用值时，变压器的寿命将会锐减。同时变压器损耗、发热以及负载能力的确定，都与冷却系统的散热性能密切相关，因此车载牵引变压器散热新技术的研究对于动车组的安全运行以及铁路交通行业的经济性能都有着重要的意义。

1、电气化铁路对铁路运输的影响
  电气化铁路网的高谐波含量、低功率因数和负序连续性严重影响了电气化铁路的发展。电气化铁路的电力牵引是一种没有能量的电力机车，所需的能量由电牵引系统提供。牵引力供应系统主要涉及牵引力站和接触网。变电站位于铁路线附近，通过高压传输线路将电力从工厂输送到铁路线上的悬链线。悬链线是直接将电能提供给电力机车的设备。电气化铁路是从外部牵引力和能源系统获取电能并被电力机车牵引的铁路，包括电力机车、维修设施、牵引动力系统、各种电器和通信、信号和其他铁路运输设备。电气化铁路是一种现代化的铁路运输方式，它比传统的铁路具有技术和经济优势。由于电力机车由外部电源供电，不需要自己的电源，可减小轻质量，因此，在每个轴的相同负载下，机车功率高，牵引力大，速度快，运输能力大大提高，节能降耗。铁路运输是国家一级的主要能源消耗。因此，牵引方式的选择对合理利用能源具有重要意义。

2、电器化铁道的发展和内部结构
2.1电气化铁道内部原理

电气化铁道本身是由电力机车和牵引供电系统组成的。目前，电气化铁道一般分为4种表现体制，即直流体制、三相甲流体制、单工频交流体制和单低频交流体制。应用区域、行业不同，其表现的体制也存在不同，这要根据国家整体的经济实力和发展情况来决定。而在我国普遍应用的是25kV的工频单相交流体制。随着科技创新，电力能源将会逐渐取代其他燃料能源，使电气化铁道的发展前景更加光明。

2.2电力牵引

截至目前为止，世界各地都对电力牵引技术有了详细的了解，其主要特点为大功率、机车速度快、载重能力强等。目前，我国电力牵引系统中运用的是25kV的单相工频交流电，利用电力系统中电厂为电源，通过牵引变电所从电力系统受电，再经过一系列变频交流过程，为电气化铁道供电。

2.3牵引供电系统的原理

牵引供电系统主要包括交流高压输电线、直接牵引的变电所、轨道、回流线等8部分，具有多种的工作模式和工作原理。在电气化铁道中，一般都是将三相交流电作为第一供电系统，而第一供电系统的作用就是发电、转变电压和输送电能。另外，牵引供电系统其他组成部分就是为电气化铁道的大量负荷起到牵引作用，从而借助整个系统将电能转化成动能提供给电车。这其中电力变压器作为最重要的组成部分，主要任务就是对三相交变电流进行转化，将电能传递到电力机车系统。

3、电气化铁道供电牵引电力变压器的连接方法
3.1单相接线变压器

单相接线变压器主要分为两种：一种是纯单相变压器，它是通过高压侧接三相电源中的任意某两相，电压在1lOkV或220kV。牵引母线和低压侧绕组首端进行连接，钢轨、地接和末端进行连接，电压输出为27．5kV。通过和牵引母线的一段进行连接，并供电给两侧的供电臂。由于纯单相变压器的绕组分别和一次侧电源、二次侧电力机车进行连接，因此，材料的利用率都为100％；另一种为v／v接线变压器，它是由两台单相接线牵引变压器接线成v／v状这种变压器一次侧绕组和电力系统的两个线电压进行连接，二次侧则和牵引线的两相母线分别连接，轨道、接地网和公共端子进行连接。因此对地电压存在不一样的相位，所以需要运用分相绝缘器将中间断开。在这种接线变压器中，会存在两个独立的单相。当其中一台变压器出现故障停电后，另一台变压器则可以进行跨相供电，也就是能够成为两边共同的供电分区的牵引网。一般这种接线变压器容量利用率能够达到100％。

3.2三相接线变压器

三相牵引变电所一般三相牵引变压器会有2～3台，变压器绕组有3个，与1lOkV高压侧连接的一次绕组为星形。二次侧绕组连接牵引网，呈现三角形。三角形的两个角和供电臂分别进行连接，另一个则和行车轨道进行19—连接。和供电臂向连接的两个角对轨道电压不同相，必须分开于牵引线变电所的馈电线出口处，简单来说就是需要进行电分相的设置。对于三相变压器的牵引变电所，当地区负荷不需要供应或者地区负荷选用专门的变压器时，则牵引变压器两个绕组就已经足够，当下我国所采用的连接方式大都是这种。这种变压器的优点在于具有较低的造价和较小的占地面积，在三相电力系统中所引起的电流不对称程度也相对来说要低很多，但是它的缺点也很明显，在三相变压器中，无法充分利用到没有连接钢轨的一相容量。

3.3斯考特接线变压器

这种接线方法在国外被称为Scott接线。它的主要作用是让单相牵引负荷电力系统的不对称影响得到改善。在斯考特接线变压器中，通常会设置两个单相变压器。两台变压器具有不一样的侧边绕组匝数，但却具有相同的次边绕组匝数，促使变压器侧边匝数是变压器原来边匝数的两倍多。这种匝数比例能够让两个变压器具有相同的次边电压数值。从牵引角度上来看，这种接线方法非常相似于V形接线，但是，它的接触网两端电压相位差距90。。这种接线方式的优点在于：能够让三相电力系统的负荷更加容易实现对称，但是这种接线需要的变压器较为特殊，且当变压器发生故障时，存在较为复杂的转换程序。当地区负荷存在时，还需要将专用变压器给建立起来。

3.4伍德桥接线变压器

这种变压器接线方法是和斯考特接线拥有相同效果的变压器接线方法。这种接线方法的主要特点在于，当二次侧的两个绕组的负荷电流相同，且二次侧电流相位会差距90。时，则一次侧三相电流对称。这种连接方法的缺点在于：具有较为复杂的变压器内部连线，这种接线不但需要变压器，还需要有对称升压式自耦变压器，这在很大程度上影响了变压器制造、安装以及运行检修，而且需要较高的造价。

4、结语
  变压器结构轻量化设计的方案，该方案在充分利用了变压器箱体内部空间的同时有效地解决了系统内的绝缘问题。后续为进一步优化和完善本方案中提出的几个关键技术路线，需要在样机试验和生产制备的过程中收集相关的数据做出研究分析，同时还需要对变压器蒸发冷却技术及其相关理论进行更加深入地探索和研究。

参考文献：
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