电气化铁道牵引变压器接线型式选择

电气化铁道牵引变压器接线型式选择

李增华

（新疆铁道勘察设计院有限公司 新疆乌鲁木齐 830011）

摘要：电气化铁道牵引变压器是铁路牵引供电系统中的重要组成部分，其接线型式的选择对于铁路运行的安全、稳定和高效具有重要意义。本文介绍了电气化铁道牵引变压器的基本工作原理和接线方式，详细阐述了不同接线型式的特点和适用范围，最后给出了实际应用中的选择建议。

关键词：电气化铁道、牵引变压器、接线型式、工作原理、选择建议

1 引言

电气化铁路是近年来我国铁路建设的重要发展方向之一，其具有节能、环保、安全、高效等优点，在提高铁路运输能力、服务质量和经济效益方面发挥着越来越重要的作用。而作为电气化铁路牵引供电系统的核心组成部分之一，电气化铁道牵引变压器的选择对于电气化铁路的安全、稳定和高效运行具有重要意义。

2 电气化铁道牵引变压器的基本工作原理

2.1 铁路牵引供电系统的基本结构和功能

铁路牵引供电系统是铁路电气化系统的核心组成部分之一，其主要作用是将变电所提供的高压交流电转换为供给牵引机车的单相27.5kV交流电。其基本结构包括电源变电所、牵引变电所、牵引供电线路、接触网及其支持设施、接触网供电设备、接触网运维设备等【1】。其中，牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的核心设施之一，其主要作用是将变电所提供的高压交流电通过牵引变压器进行转换和降压，最终利用接触网供给牵引机车所需的单相27.5kV交流电。

2.2 牵引变压器的基本工作原理和作用

牵引变压器是铁路牵引供电系统中的重要设备之一，其主要作用是将变电所提供的高压交流电转换为适用于牵引机车的单相27.5kV交流电，并保证牵引机车在不同速度下的牵引功率需求。其基本工作原理是通过电磁感应的原理，将高压交流电转换为27.5kV交流电，同时将输出电流和电压进行匹配，以满足牵引机车的工作需求。

2.3 牵引变压器的电气性能参数

电气化铁道牵引变压器的电气性能参数包括额定功率、额定电压、额定电流等。额定功率是指牵引变压器在正常工作状态下所能输出的最大功率。额定电压是指牵引变压器的输入和输出端的额定电压。额定电流则是指牵引变压器所能承受的最大电流，其大小主要取决于牵引机车的工作需求和牵引供电线路的电流容量。

在实际应用中，牵引变压器的电气性能参数需要根据不同的铁路线路和牵引机车的工作条件进行选择和设计。一般来说，牵引变压器的额定功率应该能够满足牵引机车在不同速度下的牵引功率需求；额定电压应该与牵引供电线路的额定电压匹配；额定电流则应该在保证牵引机车工作安全的前提下尽可能大，以提高牵引效率和降低能耗。

此外，牵引变压器的电气性能参数还与其接线型式密切相关。不同的接线型式会对牵引变压器的电气性能参数产生不同的影响，进而影响整个牵引供电系统的稳定性和可靠性。因此，在选择牵引变压器的接线型式时，需要充分考虑铁路线路的特点和牵引机车的工作需求，以确保牵引供电系统的正常运行。

3 电气化铁道牵引变压器接线方式的分类

3.1 分类标准

电气化铁道牵引变压器接线方式的分类可以根据接法形式等标准进行划分。

接法形式是指牵引变压器的输入和输出端的连接方式，一般可以分为单相联结、单相Vv联结、三相Vv联结、三相YNd11联结、斯科特（Scott）等形式。相数是指牵引变压器中的输入和输出端所含的相数，主要有单相、两相和三相之分【2】。

3.2 不同接线方式的特点和适用范围

3.2.1 单相联结接法

牵引所内装设两台单相联结牵引变压器，两台并联或一用一备。变压器一次侧接入三相电力系统中的两相；二次侧的一端接入牵引所27.5kV母线，另一端与钢轨及大地相连。负载属于纯单相负载。利用率高、接线简单、设备少、占地面积小、投资省；但不能供应三相负荷用电、对电力系统负序影响最大；只适用于电网较发达地区。

3.2.2 单相Vv联结接法

牵引变压器内绕组分别2组，分别接入电力系统的AC、BC相，二次侧各有一端接入牵引所27.5kV母线，各有另一端与钢轨及大地相连。利用率高、可供应三相负载、主接线较简单、设备较少、投资较省、负序影响较单相联结小；但一台故障须跨相供电、需停电倒闸影响运输。

3.2.3 三相Vv联结接法

包括三相Vv及三相Vx接线，分别用于直接供电方式和AT供电方式，实质是将两台容量相等或不等的单相变安装于同一油箱内组成。三相Vv牵引变压器一次侧分别接入电力系统ABC三相，二次侧与钢轨及大地相连。容量、电压损失都可参照单相Vv进行分析。保持了单相Vv的优点，克服了其存在的缺点。解决了不便于采用固定备用及自动投入的问题，为牵引变选型提供了一种新的联结形式。

3.2.4 三相YNd11联结接法

三相YN，d11结线牵引变压器的高压侧三相接至电网，变压器低压侧的一角c与轨道及接地连接，变压器另两个角a、b分别接到27.5kV的α相β相母线上。低压侧保持三相、利于供应三相用电、适应与两边的供电臂不均衡运行情况；在我国采用时间长经验较多、制造简单、价格较便宜、与电力系统匹配方便；利用率不高。

3.2.5 斯科特联结接法

一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，称为M座变压器；另一台单相变压器的原边绕组一端引出，接到三相电力系统的另一相，另一端到M座变压器原边绕组的中点O，称为T座变压器。两供电臂负荷电流、功率因数相等、变压器容量可全部利用、能供应三相用电；制造难度较大、绝缘水平高、造价较高、接线复杂、设备较多、投资较高、运维工作及费用较多。

4 电气化铁道牵引变压器接线型式的选择建议

根据实际应用需求，电气化铁道牵引变压器的接线型式需要根据不同的优缺点和适用场景进行选择，以满足牵引机车在不同速度下的输出功率需求，保证运行的安全和稳定。本文将从牵引机车的工作原理、接线方式的优缺点和适用场景等方面，提出接线型式的选择建议。

4.1 牵引机车的工作原理

牵引机车在行驶过程中需要不断地改变速度，而其输出功率与速度成正比。因此，在低速行驶时需要较大的输出电流，而在高速行驶时需要较高的输出电压。

在电气化铁道牵引系统中，通常采用变频调速控制技术，即利用牵引变压器的变比调节输入电压，从而实现对牵引电机的调速。因此，电气化铁道牵引变压器的接线型式应该能够适应不同的调速要求，同时也需要满足牵引机车在不同速度下的输出功率需求。

4.2 合理的选择指导

根据牵引机车在不同速度下的输出功率需求，以及不同接线方式的优缺点和适用场景，提出如下的接线型式选择指导：①普速铁路，目前采用较多的为三相Vv或Vx接线，根据牵引网供电方式确定。若牵引网采用直接供电方式，可优先考虑三相Vv接线；若牵引网采用AT供电方式，可优先考虑三相Vx接线。②高速铁路，可采用单相接线、三相Vv接线或三相Vx接线型式。地区电力系统短路容量大、电网条件较好，可优先考虑单线接线，其次考虑三相Vv或三相Vx接线。在实际应用中，需要根据牵引机车的具体工作条件和性能要求，综合考虑各种接线方式的优缺点，选择合适的接线型式，以保证牵引机车的安全、稳定运行。

5 实例分析

某次电气化铁路工程的牵引变压器接线型式选择是一个典型的例子。在这个工程中，设计团队需要选择最适合工程需求的牵引变压器接线型式，以保证工程的安全和稳定运行。

5.1 选择过程和考虑因素

在这个工程中，设计团队首先考虑了牵引机车在不同速度下的输出功率需求。根据工作原理，低速行驶需要较大的输出电流，而高速行驶需要较高的输出电压。因此，设计团队考虑了不同接线方式的优缺点和适用场景，以选择最适合该工程的接线方式。

设计团队经过充分调研和分析，确定了该工程所需的牵引变压器接线型式应该能够适应不同的调速要求，同时也需要满足牵引机车在不同速度下的输出功率需求。在这个基础上，设计团队进一步考虑了每种接线方式的优缺点，以便选择最适合该工程的接线方式。

5.2 决策依据和结果

在考虑了各种因素之后，设计团队最终选择了三相Vv接线方式。并联绕组的特点是输出电压和输出电流均可调节，适用于牵引机车的各种速度。其优点是输出功率稳定，适用范围广，缺点是设计复杂度相对较高，造价较高。

最终，该工程采用了三相Vv接线方式，并得到了良好的效果。在工程运行的过程中，牵引变压器能够稳定地输出所需的电压和电流，满足了牵引机车在不同速度下的输出功率需求。同时，也保证了工程的安全和稳定运行。

6 结语

综上所述，电气化铁道牵引变压器的接线型式需要根据牵引机车的工作原理、不同接线方式的优缺点和适用场景进行选择，以满足牵引机车在不同速度下的输出功率需求，保证其运行的安全和稳定性。选择合适的接线方式对于电气化铁道牵引系统的性能影响非常大，不同的接线方式有不同的优点和缺点，因此需要根据具体的应用场景进行选择。在普速铁路中，可以采用三相Vv接法，而在高速铁路中则应采用单相接线、三相Vv或Vx接法。

参考文献：

[1] 刘玉田. 电气化铁路对电力系统安全运行的影响及对策[J]. ,2005:17-20.

[2] 陈邦达. 电气化铁路供电若干问题探讨[J]. ,2007:27-29+35.

[3] 李群湛. 试论电气化铁道的电能质量问题[J]. ,2006:1-6.