電氣化鐵路新型平衡變壓器電氣特性研究

汪科

摘 要 面對電氣化鐵路中出現的零序電流和負序電流問題，只有改進目前的變壓器，實現變壓器的技術含量提升才有可能解決這個問題。目前我國電氣化鐵路的發展已經進入到一個全新的時代，其中很大程度上與我國技術的改進、技術的創新有關聯。而電氣化鐵路新型平衡變壓器就屬于其中的一種。本文重點分析電氣化鐵路新型平衡變壓器的電氣特性，從鐵芯繞組結構、組間平衡條件、短路阻抗關系、解耦條件和變換關系5個方面進行分析，從而更加全面、客觀地了解電氣化鐵路新型平衡變壓器的電氣特性。

關鍵詞 電氣化鐵路；新型平衡變壓器；電氣特性

中圖分類號 U2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）12-0041-01

我國非常重視電氣化鐵路的發展，電氣化鐵路具有經濟、環保和牽引功率大的優勢，對提高我國鐵路運輸能力、促進經濟高速發展、社會穩定發展有著積極意義。我國之前的電氣化鐵路由于受到技術等因素的影響，在供電方式上主要是采用單相交流供電，這種方式存在一定的弊端，在一定程度上抑制了我國電氣化鐵路的發展，甚至可以認為會在一定程度上對供電系統帶來不好的影響。為了能夠解決這些問題，一種新型的平衡變壓器被研究出來，此次研究的重點是對其電氣特性進行

分析。

1 電氣化鐵路新型平衡變壓器電氣特性分析

1.1 電氣化鐵路新型平衡變壓器鐵芯繞組結構

關于新型平衡變壓器其鐵芯繞組結構的選擇上，目前有多種形式，而考慮到電氣化鐵路的要求與特征，最后確定為兩種結構，一種為柱式，另一種為殼式鐵芯繞組結構。柱式鐵芯繞組結構見圖1。殼式鐵芯繞組結構中A相和C相的3個繞組是對稱布置在鐵芯兩邊的窗口。綜合各個方面的因素考慮，同時結合兩種不同鐵芯繞組結構的優劣勢，可以考慮采用柱式鐵芯繞組結構。

1.2 電氣化鐵路新型平衡變壓器繞組間平衡條件

在以往的平衡變壓器中，其一個明顯的特性就是在牽引側帶變化負載時，平衡變壓器牽引運行時一次測電流無零序分量，但是會存在負序分量。通過計算可以了解到新型平衡變壓器一次側的電流矩陣，同時考慮到平衡變壓器牽引側負載變化，一次側電流無零序分量，通過計算能夠得到平衡條件。

1.3 電氣化鐵路新型平衡變壓器短路阻抗關系

新型平衡變壓器是用繞組之間的短路阻抗關系作為匹配條件的[2]，假設新型平衡變壓器繞組之間存在的短路阻抗關系能夠滿足平衡條件，則新型平衡變壓器一次側電流無零序分量。

1.4 電氣化鐵路新型平衡變壓器電氣解耦條件與變換關系

分析平衡變壓器的特性，其中最明顯的一個特征就是兩者之間不會受到干擾，這在很大程度上確保了整個線路的運行，這是新型平衡變壓器與傳統平衡變壓器之間一個非常大的不同，正是因為這個特征即使一側出現變化另一側也完全不會受到影響或者干擾，滿足兩相解耦的條件。從側面也可以發現新型平衡變壓器具有非常明顯的自然解耦特點，則使得新型平衡變壓器在實際工作中的應用范圍可能更加廣泛。

關于新型平衡變壓器平衡變換關系，其中包括兩相—三相變換關系，三相—兩相變換關系。通過上述的研究發現新型平衡變壓器采用的是星形接地結構，牽引側采用的是三角形接線結構。

2 新型平衡變壓器電氣特性的仿真實驗分析

之前針對新型平衡變壓器的電氣特性分析更多是理論的探討，為了能夠更加準確、更加客觀地了解新型平衡變壓器的電氣特性，本文在Matlab/Simulink仿真實驗平臺上進行相關實驗分析。通過一系列的實驗目的就是為了了解新型平衡變壓器一次側與牽引側之間的繞組的匝數比關系、平衡條件、繞組短路阻抗關系和兩項解耦條件。

1）關于新型平衡變壓器空載實驗?？梢钥紤]將其設置為兩相空載的轉改，然后實驗得到一次側電壓波形，通過分析得到的波形圖可以發現其與正弦波類似，從得到的結果可以發現新型平衡變壓器能夠實現三相對稱高壓的轉換，最后百年城兩相對稱低壓。

2）新型平衡變壓器平衡變換實驗，在該實驗中主要是進行兩相—三相平衡變換實驗和三相—兩相平衡變換實驗，通過分析發現當新型平衡變壓器一次側介入110kV三相電力系統時，牽引側兩相電流幅值相等，這項結果提示新型平衡變壓器具有平衡變換性能。

3）在進行短路實驗的過程中，主要分為2個小實驗進行，包括牽引側α相或β相短路、牽引側兩相短路，通過實驗發現新型平衡變壓器出現短路時，其會出現一次測電流對稱、一次零序分量、負序分量為0的情況，如果是牽引側兩相短路，通過實驗發現當新型平衡變壓器出現了兩相短路時，得到的結果卻是不對稱和負序分量。

4）在負載試驗的過程中得到的結果卻是新型平衡變壓器與阻抗匹配牽引變壓器牽引側電流對稱，零序電流都接近0。

3 結論

本文將研究的重點放在了新型平衡變壓器的電氣特性分析方面，在基于等方程等理論的基礎上設計了一種新型平衡變壓器，同時中倪丹對新型平衡變壓器繞組見的平衡條件、電流矩陣的鞥進行了分析，發現這個新型平衡變壓器步驟簡單、繞組結構對稱、能夠滿足平衡變換性能和自然解耦條件，材料的利用率高。

參考文獻

[1]劉謀君，羅隆福，張志文，等.星形-雙梯形接線平衡變壓器負序及效率分析[J].電力自動化設備，2012，32（8）：66-70.

[2]賀達江，羅隆福，劉亮元，等.阻抗匹配三相變四相變壓器數學模型及應用研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2010，37（6）：46-51.

[3]張志文，陳明飛，胡斯佳，等.基于星形三角形接線多功能平衡變壓器的負序和諧波綜合治理系統[J].電力自動化設備，2014，34（9）：159-165.

[4]胡斯佳，張志文，李勇，等.一種繞組補償式電氣化鐵道電能質量控制系統[J].中國電機工程學報，2014，34（13）：2140-2150.