■ 薛衛(wèi)星 劉賡然

0 引言

目前，我國高速鐵路快速發(fā)展及既有線路不斷提速，對牽引供電系統(tǒng)的要求也不斷提高。A T供電相比其他供電方式具有更為優(yōu)越的綜合性能，能滿足高速鐵路對牽引供電系統(tǒng)的要求。合蚌高鐵全線設(shè)計采用A T供電方式，變壓器采用三相V X接線方式。

牽引變壓器是連接牽引供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要完成電壓變換和功率傳輸?shù)墓δ?，其接線形式不僅影響變壓器容量和經(jīng)濟(jì)性，而且決定了牽引負(fù)荷對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響程度。

為同時滿足并行的普速電氣化鐵路供電（直供加回流方式T R NF），且從節(jié)約成本和合理利用地方電力系統(tǒng)資源的角度考慮，合蚌高鐵牽引變壓器設(shè)計采用2 2 0/2×2 7.5 k V、V X接線形式，兼顧高速與普速線路供電，即A T和T R N F供電方式合用牽引變壓器。

1 VX接線牽引變壓器

V X接線牽引變壓器是目前國內(nèi)采用的適用于A T供電方式的新型牽引變壓器。在結(jié)構(gòu)上，它是由2個同容量或不同容量單相變壓器放在一個油箱中，在內(nèi)部（也可由2個單相牽引變壓器在外部）形成V X接線。V X接線牽引變壓器的一次側(cè)可直接接入三相電源，電源電壓可為2 2 0 k V或1 1 0 k V。二次側(cè)每個單相變壓器各有2個低壓繞組，共有4個低壓繞組，每個低壓繞組的電壓為2 7.5 k V，輸出電壓可為2 7.5 k V，也可為5 5 k V。二次側(cè)輸出電壓是2 7.5 k V時，為直接供電方式；二次側(cè)輸出電壓是5 5 k V時，為A T供電方式。由于它具有供電靈活的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)相對簡單，相比S c o t t、W o o d-B r i d g e接線A T牽引變壓器更加易于設(shè)計和制造，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用。V X接線牽引變壓器接線原理見圖1。

S c o t t接線和V X接線牽引變壓器構(gòu)成的A T牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別見圖2（a）和圖2（b）。從圖中可明顯看出，V X接線牽引變壓器二次繞組引出了中性點(diǎn)接地，可兼做饋線A T，因此能取消牽引變電所出口處的A T，節(jié)省了投資。

為使列車運(yùn)行于牽引變電所和第一個A T區(qū)間時，牽引電流主要沿正饋線而不是鋼軌和大地回流至牽引變電所，降低對鄰近通信線路的電磁干擾，V X接線牽引變壓器對短路阻抗匹配應(yīng)滿足以下要求：

其中，Z21為變壓器在二次T N繞組上加電壓，一次繞組短路、三次F N繞組開路時測得的阻抗；Z31為變壓器在三次F N繞組上加電壓，一次繞組短路、二次T N繞組開路時測得的阻抗；Z23-1為變壓器在二次繞組和三次繞組串聯(lián)回路兩端加電壓，一次繞組短路時測得的阻抗。

2 AT和TRNF合用牽引變壓器的特點(diǎn)

2.1 容量配置

V X接線牽引變壓器由2臺單相變壓器組合而成，定義原邊繞組容量為S1，連接接觸網(wǎng)的次邊為T繞組，容量為S2；連接正饋線的次邊為F繞組，容量為S3；供電范圍內(nèi)的牽引負(fù)荷容量為Sf。3個繞組中傳輸?shù)臓恳?fù)荷容量分別為S1f、S2f和S3f。

當(dāng)不考慮變壓器和牽引網(wǎng)損耗對傳輸容量的影響時，由A T供電方式等效電路特性可得：S1f=Sf；S1f=S2f+S3f；S2f=[0.5Sf，Sf]；S2f=[0，0.5Sf]。

由以上4式可得，理論上最為經(jīng)濟(jì)的繞組容量配置約束條件為：S1=S2+S3。

次邊繞組容量平均配置的比例為S1∶S2∶S3=1 0 0∶5 0∶5 0；次邊繞組容量最大配置比例為S1∶S2∶S3=1 0 0∶1 0 0∶5 0。顯然，滿足次邊繞組最大容量配置比例的牽引變壓器既能向A T牽引網(wǎng)供電，又能向T R N F牽引網(wǎng)供電，且不限制負(fù)載所處位置。

當(dāng)然，具體的牽引變壓器容量配置應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行，以免造成容量配置不足或容量浪費(fèi)的問題。合蚌高鐵各牽引變電所使用的V X接線牽引變壓器（合用）額定容量見表1；設(shè)計計算確定的牽引變壓器容量見表2。由表可見，所選牽引變壓器容量滿足近期和遠(yuǎn)期的運(yùn)營需求。

表1 合蚌高鐵牽引變壓器額定容量k V A項(xiàng)目 劉府南變電所 水家湖變電所 合肥北城變電所單相變壓器 單相變壓器 單相變壓器 單相變壓器 單相變壓器 單相變壓器高壓繞組額定容量 3 5 0 0 0 4 0 0 0 0 4 0 0 0 0 4 0 0 0 0 4 0 0 0 0 4 0 0 0 0 T中壓繞組的容量 2 5 0 0 0 3 5 0 0 0 3 5 0 0 0 3 5 0 0 0 4 0 0 0 0 4 0 0 0 0 F中壓繞組的容量 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0表2 合蚌高鐵牽引變壓器設(shè)計計算容量MV A項(xiàng)目 劉府南變電所 水家湖變電所 合肥北城變電所變壓器類型 V X接線計算容量 1 8.9+1 8.1 2 0.8+2 5.7 2 6.2+2 4.1近期 校核容量 2 1.6+2 2.1 2 6.7+2 7.2 2 8.8+2 6.3安裝容量 2×（2 5+2 5） 2×（3 1.5+3 1.5） 2×（3 1.5+3 1.5）計算容量 1 5.2+1 7.9 2 3.1+3 0.0 3 1.5+3 1.1遠(yuǎn)期 校核容量 2 2.1+2 5.3 3 0.4+3 4.7 3 5.9+3 6.7安裝容量 2×（2 5+3 1.5） 2×（3 1.5+4 0） 2×（4 0+4 0）注：表中各變壓器容量已包含淮南線、水蚌線（普速鐵路）容量。

2.2 合用變壓器T繞組特性

（1）容量特性。在此討論的V X接線牽引變壓器除需向合蚌高鐵A T牽引網(wǎng)供電外，還需兼顧并行的普速鐵路T R NF牽引網(wǎng)供電。由圖2（b）可知其工作原理為：向A T牽引網(wǎng)供電時，T 1-F 1和T 2-F 2繞組（5 5 k V）分別接至上下行T、F母線并經(jīng)饋線向接觸網(wǎng)供電；向T R NF牽引網(wǎng)供電時，T 1-N和T 2-N繞組（2 7.5 k V）分別接至上下行T母線和鋼軌，由T母線引出饋線向接觸網(wǎng)供電。

由上述分析可得，當(dāng)合蚌高鐵和普速鐵路均有負(fù)荷時（即兩線都有車時），T繞組較單線有負(fù)荷時的容量顯著增大。

（2）受流沖擊特性。牽引變壓器負(fù)荷本身具有沖擊性和不確定性，并且負(fù)載短路故障頻發(fā)，短路電流大（一般為額定電流的6~1 0倍）。當(dāng)牽引變壓器工作在合用模式下時，它可能是單獨(dú)向高速鐵路或普速鐵路供電，也可能是同時向二者供電，隨機(jī)性較大。這就導(dǎo)致T繞組在正常工況下的電流及故障情況下所受的沖擊電流時大時小，情況更為復(fù)雜。

通過以上對合用變壓器T繞組特性的分析可知，為保證變壓器正常運(yùn)行時的容量滿足負(fù)荷需求，故障情況下本體所受的短路電流和電動力不致過大，T繞組的阻抗應(yīng)較非合用變壓器有所提高。因此，應(yīng)從機(jī)械和電氣的角度采取相關(guān)措施，適當(dāng)提高T繞組的阻抗。

3 結(jié)論

牽引負(fù)荷的移動特性決定了牽引負(fù)荷比必然對電力系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)序影響。無論普速鐵路還是高速鐵路，牽引變壓器接線形式都應(yīng)根據(jù)線路條件和運(yùn)輸組織方式，并結(jié)合牽引負(fù)荷具體特點(diǎn)及地方電網(wǎng)的發(fā)展趨勢統(tǒng)籌考慮，合理選擇。

V X接線牽引變壓器具有供電能力強(qiáng)、總投資成本低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。與S c o t t接線牽引變壓器相比，V X接線牽引變壓器可節(jié)省牽引變電所出口A T；與“+”字交叉接線牽引變壓器相比，V X接線形式的變壓器容量利用率更高，供電臂電壓水平更好；與純單相接線牽引變壓器相比，V X接線形式可使對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響減少一半。

合蚌高鐵牽引變電所采用由2臺單相V V接線變壓器在外部組成的三相V X接線牽引變壓器。為滿足并行的普速電氣化鐵路供電，該變壓器設(shè)計為A T、T R NF合用模式。工程實(shí)踐表明，該牽引變壓器能滿足牽引供電需求，并節(jié)省了投資，對地方電能的使用也更加合理。

[1] 張亞杰，龔永綱，李靜. 電氣化鐵路V X接線牽引變壓器的設(shè)計特點(diǎn)[J]. 變壓器，2 0 1 2，4 9(3)：1-4.

[2] 楊振龍. V/X接線牽引變壓器的研究和應(yīng)用[J]. 電氣化鐵道，2 0 0 4(4)：1 2-1 5.

[3] 楚振宇. 牽引變壓器接線形式的比較[J]. 電氣化鐵道，2 0 0 5(?？?：5 4-1 6 1.

[4] 李彥哲，胡彥奎，王果，等. 電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計[M]. 蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2 0 0 6.

[5] 譚秀炳. 交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)[M].2版. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2 0 0 7.

[6] 謝毓城. 電力變壓器手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2 0 0 3.