不同滨州变压器接线方式的应用研究

电气化铁路作为国民经济发展的重要基础措施,在我国铁路交通运输体系越来越占有举足轻重地位,但机车为单相供电负荷,并具有波动性强、谐波含量丰富等特点,其产生的谐波和负序注入公用电网,对系统的安全稳定运行造成极大的威胁。随着电气化铁路的飞速发展,和铁路部门之间的供用电矛盾已经日益突出,因此深入而广泛研究其相互影响是急待解决的问题。由于系统的非线性时变性,传统分析方法已不能满足其静、动态特征分析的要求,而计算机仿真以其投资少、周期短、灵活方便的优势成为一种有效的手段。EMTDC(Electro-MagneticTransi-entinDCSysterm)是一种新型电磁暂态计算程序,它具有精确的元件模型、方便的数据输入方式及强大的分析功能,是系统分析和工程研究的有力工具。PSCAD(PowerSystermsComputerAidedDesign)图形用户界面GUI(GraphicalUserInterface)的成功开发,使得用户可通过图形添加的方式来解决一些复杂的电路功能从而能方便地使用EMTDC进行大型系统电路的仿真计算。本文首先利用PSCAD建立了典型供电系统和公用电网的仿真模型,并将仿真结果与实测数据进行了对比,验证了所建立模型的合理性和可行度,并利用所建立模型对供电系统采用不同接线滨州变压器对公用电网的谐波和负序影响进行了详细的仿真分析。
滨州变压器的不同接线形式在以往的分析中,很少在电能质量的分析中出现,本文针对滨州变压器在电铁供电系统中对公用系统所造成的影响进行详尽的分析。

不同接线方式滨州变压器谐波和负序影响比较分析
1.不同接线方式滨州变压器理论分析
滨州变压器是连接供电系统和系统的核心设备,其接线形式是供电系统设计的重要内容。要完成变压和传递功率的功能,其接线形式不仅影响滨州变压器容量(继而影响经济性),而且决定了负荷对系统的负序影响程度。
滨州变压器的负载特性与普通滨州变压器有很大区别,要表现为:存在单相负载、变动负载、轨道回路、高谐波等。滨州变压器是将三相系统的电能传输给两个各自带负载的供电臂,供电臂分别给机车(动车)供电。在理想情况下,两个单相负载相同,但在大多数情况下,两相负载差别很大。因为负荷具有这种不对称性,所以它使滨州变压器高低压两侧的三相不平衡,并在系统侧母线上产生负序。系统中的负序会在公共连接点处产生负序,并且通过公共连接点流向其他负荷,使电网损耗增加,一些设备无法正常工作。据统计,单线电气化铁路无载率占40%~50%,且负载变动频繁,这必然使三相电源系统失去平衡并导致波动。

1.1 V_v接线型滨州变压器
V_v接线型滨州变压器从其组装结构看,是用两台单相滨州变压器组合在一起,置于同一油箱中,高压侧接成固定的V接,低压侧两相端子全部引出,在外部既可接成正"V 也可接成反"V ,以方便网供电。由于是两台单相滨州变压器的简单组合,箱体内两台单相滨州变压器,其磁路相互独立,两相容量可以相等,也可以不相等。两单相绕组中的即是负荷,因此其容量利用率可达100%。对于电气化铁路来讲,两供电臂的负荷常常是不相同的,一臂重负荷,另外一臂轻负荷。
虽然其滨州变压器的三端都是连接三相系统的,但即使在两供电臂相同的情况下,三相系统的也不是对称的,仍然会影响三相系统的运行,会产生较大的负序。
1.2 Y_dll接线滨州变压器
采用这种接线形式,各网供电臂均经由联于线的馈电线供电。接入两相邻接触网的两角端对轨道的相位不同,故这两个相邻的接触网区段间必须采用分相绝缘结构。三相滨州变压器供单相负荷时,仍然会使得三相系统不对称运行,而且滨州变压器的设备容量不能得到充分利用。
1.3 Scott接线滨州变压器
Scott接线滨州变压器(又称T形接法滨州变压器)属于能完成三相-两相变换的平衡滨州变压器。Scott接线滨州变压器可看作是由两个单相滨州变压器构成,可以采用单铁心结构,亦可采用双铁心结构,其接线如图3所示,图中还标出了各绕组的相对匝数。从三相-两相变换角度可把两个二次绕组分别称为β 相与α相。目前我国电气化铁道所用的Scott接线滨州变压器一般采用全绝缘式线圈。A、B、C三个一次端子接110kV三相电网,一次绕组BC额定为110kV,AD额定为110x32kV。两个二次绕组额定均为55kV,用于向2x27.5kV的AT网供电。常用型号的额定容量有40MVA、50MVA、63MVA和75MVA。两台滨州变压器次边绕组连成相位差为90%的开口三角形接线,其公共端接钢轨,其两个开口端接馈电线。并分别接入相邻接触网区段,次边绕组的匝数相等。当两个供电臂负荷相等时,反映到原边的三相是对称的。因此就很好地抑制了负序情况。