武利軍

(臥龍電氣銀川變壓器有限公司，寧夏 銀川 750001)

目前，世界上電氣化高速鐵路主要采用 AT 供電方式和直接供電方式(包括直供加回流線供電方式)2種。AT 供電方式具有供電能力大和電壓損失小等優(yōu)點(diǎn)，適用于高速和重載的重負(fù)荷鐵路及運(yùn)輸繁忙干線，是電氣化鐵路供電方式的發(fā)展方式。AT 供電方式有以下變壓器接線方式可供選擇：?jiǎn)蜗嘟泳€、Scott 接線、Wood-Bridge 接線、十字交叉接線和 VX 接線。 其中 VX 接線牽引變壓器，具有供電能力強(qiáng)、投資成本低及占地面積小等顯著優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)高鐵經(jīng)過20多年的發(fā)展，VX接線單相三繞組牽引變壓器在高鐵線路中的應(yīng)用越來越廣泛。伴隨著VX接線牽引變壓器的快速發(fā)展，出現(xiàn)了設(shè)備技術(shù)文件對(duì)阻抗電壓計(jì)算選用的基準(zhǔn)容量規(guī)定不統(tǒng)一等問題。

從近幾年中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司發(fā)布的VX接線單相三繞組牽引變壓器招標(biāo)文件中發(fā)現(xiàn)，對(duì)阻抗電壓計(jì)算采用高壓繞組容量還是中壓繞組容量為基準(zhǔn)存在不同的技術(shù)要求，因此，無論從鐵路運(yùn)營(yíng)還是從牽引變壓器設(shè)計(jì)角度考慮，都應(yīng)該統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。為此，本文從VX接線單相三繞組牽引變壓器的阻抗、成本、能耗角度對(duì)采用2種基準(zhǔn)容量設(shè)計(jì)的牽引變壓器進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，為今后統(tǒng)一阻抗電壓選用基準(zhǔn)提供技術(shù)支持。

1 VX接線單相三繞組牽引變壓器技術(shù)要求

1.1 VX接線單相三繞組牽引變壓器基本技術(shù)參數(shù)

表1是電壓等級(jí)為220 kV，額定容量為40 MV·A的VX接線單相三繞組牽引變壓器的基本技術(shù)參數(shù)。

表1 產(chǎn)品基本技術(shù)參數(shù)

表1中損耗允許偏差值為空載損耗、負(fù)載損耗的允許偏差不應(yīng)超過15%，總損耗的允許偏差不應(yīng)超過+10%。

1.2 VX接線單相三繞組牽引變壓器阻抗技術(shù)要求

采用2種基準(zhǔn)容量計(jì)算阻抗的技術(shù)要求對(duì)比見表2。同一產(chǎn)品的阻抗電壓、短路阻抗匹配條件相同，只是計(jì)算阻抗電壓時(shí)選用的基準(zhǔn)容量不同[1-3]。針對(duì)以上技術(shù)要求的不同點(diǎn)，根據(jù)招標(biāo)文件的要求，分別設(shè)計(jì)了2種方案：方案1產(chǎn)品阻抗以中壓繞組容量為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，方案2產(chǎn)品阻抗以高壓繞組容量為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

并按照方案生產(chǎn)對(duì)應(yīng)技術(shù)條件的產(chǎn)品交付用戶使用。

2 2種方案產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

2.1 2種方案阻抗電壓對(duì)比分析

根據(jù)不同基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的方案，阻抗差異對(duì)比見表3。

表3 2種設(shè)計(jì)方案阻抗差異對(duì)比

根據(jù)表3數(shù)據(jù)分析，方案1以中壓容量為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)阻抗為10.55%，折算到以高壓繞組容量為基準(zhǔn)后的設(shè)計(jì)值為16.85%，比方案2阻抗10.61%增加59%。同理，以變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)為基準(zhǔn)，T-F串聯(lián)阻抗方案1比方案2阻抗同樣增加59%。

因此，通過數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：方案1無論是折算到以高壓容量為基準(zhǔn)還是在變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)下(T-F串聯(lián)對(duì)高壓阻抗)，阻抗顯著增大，阻抗增加接近60%，阻抗增大，變壓器漏磁就會(huì)增加，漏磁增大雜散損耗與負(fù)載損耗就會(huì)增大，所以，要將損耗降到技術(shù)要求范圍內(nèi)，方案1產(chǎn)品成本必然高于方案2。

2.2 2種方案成本核算

方案設(shè)計(jì)完成后，產(chǎn)品成本見表4。

表4 成本核算

2.3 設(shè)計(jì)方案成品試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

(1)方案1成品試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)見表5。

表5 方案1成品試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

根據(jù)表5試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，方案1成品試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差均在技術(shù)要求范圍內(nèi)。

(2)方案2成品試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)見表6。

表6 方案2成品試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

根據(jù)表6試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，方案2成品試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差均在技術(shù)要求范圍內(nèi)。

2.4 2種方案成品試驗(yàn)數(shù)據(jù)及成本對(duì)比

2種方案設(shè)計(jì)的產(chǎn)品均滿足技術(shù)要求，需對(duì)2種成品試驗(yàn)數(shù)據(jù)及成本進(jìn)一步對(duì)比分析才能確定兩種產(chǎn)品的優(yōu)劣性。對(duì)比結(jié)果詳見表7。

表7 2種方案成品試驗(yàn)數(shù)據(jù)及成本對(duì)比

2.5 最優(yōu)方案的確定

通過表5與表6的試驗(yàn)驗(yàn)證，可以確定2種產(chǎn)品均滿足技術(shù)要求。根據(jù)表3及表7分析二者之間的優(yōu)缺點(diǎn)。

(1)從成本角度分析，以中壓容量為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品比以高壓容量為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，阻抗增加57%，成本增加13.29%。

(2)從能耗角度分析，雖然2種方案損耗數(shù)據(jù)相差不大，但如果以中壓繞組容量為基準(zhǔn)，又要控制成本，那么在同一阻抗同一成本的情況下，方案1的負(fù)載損耗設(shè)計(jì)值會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)值超標(biāo)32%，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備能耗增加，鐵路運(yùn)營(yíng)費(fèi)用也會(huì)大幅攀升。

無論從降低鐵路牽引供電設(shè)備購(gòu)置費(fèi)或者運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為目的，還是從兼顧用戶及變壓器制造廠家經(jīng)濟(jì)效益為前提進(jìn)行分析，方案2明顯優(yōu)于方案1，因此確定方案2(以高壓繞組容量為基準(zhǔn))為最優(yōu)方案。

3 結(jié) 論

為了選取適當(dāng)?shù)臓恳儔浩骷夹g(shù)參數(shù)，同時(shí)做到滿足供電需求時(shí)、兼顧鐵路運(yùn)營(yíng)成本，針對(duì)技術(shù)文件中VX接線單相三繞組牽引變壓器阻抗計(jì)算選用基準(zhǔn)不同，分別設(shè)計(jì)了2種技術(shù)方案，并投產(chǎn)了對(duì)應(yīng)產(chǎn)品，文中對(duì)2種設(shè)計(jì)方案分別進(jìn)行了分析與研究。

2種方案均對(duì)阻抗進(jìn)行重點(diǎn)計(jì)算，解決了VX接線單相三繞組牽引變壓器阻抗計(jì)算采用基準(zhǔn)不同且要滿足阻抗匹配≤0.45 Ω的難點(diǎn)，并用成品試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了產(chǎn)品性能，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

并結(jié)合2種設(shè)計(jì)方案的成品試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)設(shè)計(jì)阻抗、成本、損耗的對(duì)比分析，確定了最優(yōu)方案。

經(jīng)過設(shè)計(jì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證及分析表明：以高壓繞組容量為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品性價(jià)比更高。而以中壓繞組容量為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，不是成本高就是能耗高，二者不能同時(shí)兼顧。因此，VX 接線單相三繞組牽引變壓器阻抗設(shè)計(jì)應(yīng)以高壓繞組容量為基準(zhǔn)[4-6]。