Scott接線變壓器誤接地問題分析及仿真驗證

曾 元 馬慶安 王春利

（1.中鐵武漢電氣化局集團成都分公司，四川 成都610031；2.西南交通大學電氣工程學院，四川 成都610031；3.四川師范大學通信工程學院，四川 成都610068）

0 引言

我國部分鐵路牽引變電所使用了Scott接線變壓器，該接線變壓器的特點是沒有接地點［1］。部分牽引供電系統設計、現場運行人員對此特點認識不清，可能做出將Scott接線變壓器中T座、M座的連接點接地的舉動，從而產生錯誤的運行方式而引發嚴重后果。本文從理論、仿真方面闡述這種做法的危害，便于設計、運行人員參考。

1 理論分析

正常運行時，A、B、C三相對地電壓是對稱的，0點為地電位點，但該點并沒有引出、接地，如圖1所示。110 k V及以上電力系統的中性點使用大電流接地方式。變壓器T座使用A、B相間的線電壓，變壓器T座的中點D在正常時與大地（0點）間存在電位差。因此，D點不能接地。

圖1 Scott接線變壓器及電壓矢量圖

若將D點強行接地，則Scott接線變壓器空載時的電路如圖2（a）所示。將圖2（a）的D點分裂為2個，得圖2（b）。將圖2（b）扭轉，得圖2（c）。將B相電壓反向，得圖2（d）。由圖3所示的電壓矢量圖可知，A相電壓與B相的反向電壓存在角度差，且B相的反向電壓領先于A相電壓，就會導致電流或功率從B流向A。由于變壓器T座的漏抗很小，該環流電流（功率）將非常大，從而就會在電力系統中產生電壓的不對稱。環流電流可由如下方法計算：

（1）首先計算出Scott接線變壓器空載時其一次側繞組的等值漏抗Ztr。由圖2（d）可見，其值應為2段繞組的漏抗之和。

（2）由Scott接線變壓器一次側的短路容量計算系統每相等值阻抗Zs。

（3）環流電流回路的總阻抗為：

（4）計算A相、B相的反向電壓之間的電壓差，此電壓模值等于相電壓。

（5）計算環流電流，為：

圖2 Scott接線變壓器空載時的等值電路

圖3 電壓矢量圖

2 仿真分析

設Scott接線變壓器額定容量為31.5 MVA，額定電壓為110 k V／27.5 k V，一次側兩端繞組的短路電壓百分數均為5%。牽引變壓器一次側的系統短路容量為500 MVA。忽略電阻，可計算出Scott接線變壓器的等值阻抗為：

系統每相阻抗為：

回路總電抗為：

I＝Uφ／Z∑ ＝63.5／52.24＝1.216 k A

使用Matlab（圖4）進行仿真分析，可得電壓、電流波形，如圖5所示。為清晰起見，電流放大了10倍。可見，B相電壓、電流基本同相，而A相電壓、電流基本反向，表明B相有功率通過Scott接線變壓器傳遞到A相。由圖5可見，A、B相電流的峰值約為1.71 k A，有效值約為1.2 k A，和理論計算非常接近，驗證了本文的理論分析。

圖4 Matlab仿真電路圖

圖5 A相、B相電壓、電流波形

3 結語

本文從理論上分析了Scott接線變壓器T座、M座的連接點接地后的環流問題，并進行了仿真驗證。結果證明了Scott接線變壓器T座、M座的連接點接地后，A相電壓與B相的反向電壓存在角度差，且B相的反向電壓領先于A相電壓，導致電流或功率從B流向A。由于變壓器T座的漏抗很小，該環流電流（功率）將非常大，從而就會在電力系統中產生電壓的不對稱。因此，要避免在設計和運行中將T座、M座的連接點接地。

［1］李群湛，賀建閩.牽引供電系統分析［M］.第2版.成都：西南交通大學出版社，2010