次边等容VX接线牵引变压器的电气计算和研究

魏光耀，林国松，唐诗光

次边等容VX接线牵引变压器的电气计算和研究

魏光耀，林国松，唐诗光

介绍了VX接线牵引变压器的接线特点，推导了次边绕组容量相等情况下的VX牵引变压器的节点导纳阵，分析了当次边绕组容量的比值不同时负序对系统的影响，并得到了一般性结论。

VX接线；等容；节点导纳阵；负序

0 引言

我国重载高速电气化铁路发展迅速，相比普通高速电气化铁路，其最大的不同在于牵引负荷大幅度提升，牵引功率随之提高，这对牵引供电系统提出了更高的要求。目前，我国电气化铁路的供电方式采用最多的是AT供电方式和直供方式。AT供电方式[1]具有供电能力强和电压损失小等优点，适用于高速和重载电气化铁路线路，是最普遍采用的供电方式。

AT供电方式下的牵引变压器[2]接线方式主要有单相接线、斯科特接线、伍德桥接线、十字交叉接线和VX接线。其中，三相VX牵引变压器[3]具有占地面积小、投资成本低和供电能力强等优点。并且，由于牵引负荷的非对称特性，将会在电力系统中产生负序电流，VX变压器可以削减产生的负序电流。本文将主要讨论三相VX牵引变压器[4]，通过改变原次边绕组的匝数比来减小负序电流对系统的影响。

1 VX牵引变压器简介

VX牵引变压器由2台等容或者不等容[5]的二次侧中点抽出式单相变压器组合而成，每相有2个二次侧绕组。其接线原理如图1所示。

图1 VX接线原理

从结构上看，VX牵引变压器既可以看作是由2台原边单相三绕组变压器相结合，放在同一油箱中，也可看作是由2台单相三绕组变压器从外部连接而成。由于是2台单相三绕组变压器的简单组合，其磁路相互独立，所以原边AB、CB两单项容量可以相等，也可以不等，次边T绕组和F绕组容量也可以相等或者不相等。

2 次边等容VX牵引变压器计算分析

对原边容量相等的VX变压器已经进行过较多的研究，而在实际运行的电气化铁路中。两供电臂的负荷往往是不同的，负荷的不相等往往会导致铜耗的增大和负序的产生，所以在实际运行中，还是希望VX牵引变压器的原边容量相等，次边容量也相等。由于负载的大小和变压器的铜耗有关，通过合理的计算，分析等容量的VX牵引变压器的电气数据对VX牵引变压器的正常运行起着指导性的作用。故本文将着重分析VX变压器原边等容，次边T绕组与F绕组也等容[6]的情况。

设AB、CB匝数为ω1，T1N、T2N匝数为ω2，F1N、F2N匝数为ω3，而ω2=ω3，ω1/ω2=k1，ω1/ω3=k2，k1=k2，由磁式平衡方程可得

假设AB绕组的阻抗为Z1，CB绕组的阻抗为Z4，T1N绕组的阻抗为Z2，T2N绕组的阻抗为Z5，F1N绕组的阻抗为Z3，F2N绕组阻抗为Z6，其中，Z1=Z4、Z2=Z5=Z3=Z6，所以原边及次边2条回路CB-T2NF2与AB-T1NF1相同，故可先求AB-T1NF1模型。

由多绕组变压器理论，得到传递电压方程为

式中，0NT2U˙ 、和20NFU˙ 为T2N和F2N绕组的空载电压，式（4）可变为

式中，Z23为T1N与F1N之间的短路阻抗。

因为CB-T2NF2与AB-T1NF1情况相同，可由式（3）、式（4）推出节点导纳阵，由于k1=k2且Z2=Z5=Z3=Z6，故由k1、Z1、Z2表示出节点导纳阵为

式（7）中X、Y、Z、W分别为

式中，M=4Z1+2Z2，N=2k1。

3 次边等容VX牵引变压器对负序的影响

根据以上节点方程可以得到牵引变压器牵引侧接触线、正馈线、钢轨的电流，根据磁势平衡原理，利用叠加定理，可以得到原边电流。等效电路图如图2所示。

式中，AI˙、BI˙、CI˙为原边电流，0I˙、1I˙、2I˙分别为零序、正序和负序电流。1αI˙、2αI˙、1βI˙、2βI˙分别为变压器二次侧R1-T1回路、F1-R1回路、R2-T2回路、F2-R2回路电流。

图2 VX变压器等效电路图

结合式（12）可得

即设两臂负荷比为n，因为两臂相差60o，，由式（13）可得

次边容量相等时k1=k2，化简式（14）可得

为了体现次边容量相等时的负序电流与次边不等容时的负序电流的大小关系，假设k1不等于k2，取k1与k2的3个典型比值，可以得到如图3所示的一次侧正序电流与负荷电流之比ka、负序电流与负荷电流之比kb及负序电流与正序电流之比kc的变化图。

图 3 k a、k b、k c变化图

通过图3可以得到如下结论：当VX牵引变压器的原边容量相等而次边T绕组与F绕组容量不等，k1与k2比值从2到1变化时，负序电流与负荷电流的比值及负序电流与正序电流的比值在负荷比一定的情况下越来越小，说明负序电流在不断减小，可见负序电流对系统的影响在逐渐变小，系统也越来越稳定，也可以进一步说明当变压器的次边T绕组与F绕组的匝数比越趋于相等，负序电流对系统的影响越小。而当前实际运行的铁路系统中，VX供电系统中T绕组与F绕组的负荷往往是不相等的，所以合理改变T绕组与F绕组的匝数比，更好地让次边容量趋于相等，从而减小负序电流对系统的影响是值得研究的。

4 结语

三相VX接线牵引变压器具有平衡负序的作用，并且可以通过改变T绕组与F绕组的变比使其趋于相等来合理减小负序对铁路供电系统的影响，该研究在减少系统负序的影响和提高铁路系统的稳定性方面具有重要意义。

[1]田颢亮.220 kV电压等级VX接线单相三绕组牵引变压器的设计[J].变压器，2014，51（1）：9-13.

[2]谢毓城.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]杨振龙.V/X接线牵引变压器的研究和应用[J].电气化铁道，2004（4）：12-15.

[4]张亚杰，龚永纲，李静.电气化铁路VX接线牵引变压器的设计特点[J].变压器，2012，49（3）：1-4.

[5]魏宏伟.三相VX接次边及原边不等容牵引变压器有关工程应用分析[D].世界轨道交通发展研究会年会暨中国轨道车辆技术与装备交流大会，2014.

[6]马小楠.不等容量VX接线牵引变压器负荷过程分析与补偿方案研究[D].成都：西南交通大学，2013.

The paper introduces the wiring characteristics of VX connection traction transformer,with derivation of the node admittance matrix of the VX connection traction transformer under equal capacity at secondary side,analyzes the influences to the system caused by the negative sequence due to different ratios between capacities at secondary side after thecalculation,and thegeneral conclusionsareobtained after analyzing of theresults.

VX connection;equal capacity;node admittance matrix;negative sequence

U224.2+2

B

1007-936X(2017)06-0009-04

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.06.003

魏光耀.西南交通大学电气工程学院，硕士研究生，研究方向为继电保护、地铁供电系统；

林国松.西南交通大学电气工程学院，副教授；

唐诗光.西南交通大学电气工程学院，硕士研究生。

2017-02-22