第２０期总第２２２期
２０１０年１０月
Ｉｎｎｅｒ
内蒙古科技与经济
ＭｏｎｇｏｌｉａＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ
Ｎｏ．２０，ｔｈｅ２２２ｔｈｉｓｓｕｅ
Ｏｃｔ．２０１０
电气化铁路几种牵引供电主变压器原理分析与比较
张继雄
（神华准能大准铁路供电段，内蒙古薛家湾０１０３００）
要：就现阶段我国牵引变电所主变压器的种类、功能、原理以及在应用中的技术对比进行了分
析，对新线和既有线电气化增效改造中选择原则进行了阐述。
关键词：电气化铁路；牵引供电；牵引变电所；牵引变压嚣中图分类号：Ｕ２２４文献标识码：Ａ文章编号：１００７—６９２１（２０１０）２０—０１１７－－０２
１变压器的结构种类和接线方式
摘
变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另
一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电能传递或作为信号传输的重要元件。
按照变压器结构种类和接线方式分为：单相结线变压器、单相（三相）Ｖ，ｖ结线变压器、三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器、斯科特结线变压器、ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器、ＹＮ结线平衡变压器、非阻抗匹配ＹＮ结线平衡变压器。
１．１单相结线变压器
牵引变压器的原边跨接于三相电力系统中的两相，副边一端与牵引侧母线连接，另一端与轨道及接地网连接。牵引变压器的容量利用率高，但其在电力系统中单相牵引负荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。所以，这种结线只适用于电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠的由地方电网得到供应的场合。另外。单相牵引变压器要按全绝缘设计制造。
１．２单相Ｖ，ｖ结线变压器（三相）
两侧对应的供电臂供电，两臂电压的相位差为６０度，也是６０度接线。因此，在这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。１．４斯科特结线变压器
（见图１）实际上也是由两台单相变压器按规定连接而成。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０，称为Ｔ座变压器。这种结线形式把对称三相电压变换成对称两相电压，用两相中的一相供应一边供电臂。另一相供应另一边供电臂。Ｍ座变压器原边绕组匝数，两端分别接入电力系统的Ｂ。Ｃ相，副边绕组匝数．向左边供电臂供电。Ｔ座变压器原边绕组匝数，一端接在Ｍ座变压器原边绕组的中点ｏ，另一端接到接到电力系统的Ａ相；副边绕组匝数，向右边供电臂供电。Ｔ座和Ｍ座副边匝数相同，原边匝数不同。实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯上，安装在一个油箱内。
将两台单相变压器以Ｖ的方式联于三相电力系统，每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两变压器次边绕组，各取一端联至牵引变电所两相母线上，而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时，两臂电压相位差６０度接线，电流的不对称度有所减少。这种接线即通常所说的６０度接线。（三相）原理：将两台容量相等或不相等的单相变压器器身安装于同一油箱内。原边绕组接成固定的Ｖ结线，Ｖ的顶点（Ａ２
与Ｘ１连接点）为Ｃ相，Ａ１，Ｘ２分别为Ａ相，Ｂ相。副
Ｔ■，
图１变电所接线原理
１．５
ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器
边绕组四个端子全都引出在油箱外部，根据牵引供电的要求，既可接成正“Ｖ”，也可接成反“Ｖ”。
１．３三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器
三相ＹＮ，ｄ１１结线牵引变压器的高压侧通过引入线按规定次序接到１ｌＯｋＶ或２２０ｋＶ，三相电力系统的高压输电线上；变压器低压侧的一角ｃ与轨道接地网连接，变压器另两个角ａ和ｂ分别接到２７．５ｋＶ的ａ相和ｂ相母线上。由两相牵引母线分别向
收稿日期：２０１０—０５—１６
副边绕组三角形结线结构即在非接地相增设两个外移绕组。内三角形接线的一角ｃ与轨道接地网连接。两端分别接到牵引侧两相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂牵引网供电。１．６ＹＮ结线平衡变压器
根据平衡变压器的工作原理，要求：①原边接三相对称电源电压时，副边二相输出端口空载电压对称（即大小相等，相位差为９０度），②副边二相输出端口带相同负载时，原边三相电流对称。ＹＮ结线
・１１７・
万方数据
．总第２２２期
阻抗匹配牵引变压器，虽然满足了上述需要和要求，但是平衡绕组与ａ（或ｂ，Ｃ）绕组的匝数比和阻抗匹配系数都是固定值。一般来说。绕组匝数的配合比较容易，而无论从设计上还是制造工艺上来讲，要得到预先确定的某一阻抗匹配系数都是相当困难的。ＹＮ结线阻抗匹配平衡变压器的要求，在设计上和制造工艺上的难度是不言而喻的。
１．７非阻抗匹配ＹＮ结线平衡变压器
在前面所述的ＹＮ结线平衡变压器中，不需要专门进行阻抗匹配，按结构对称性布置绕组，就可以使该变压器达到平衡。这是ＹＮ结线平衡变压器的特点。由于它不需要专门进行阻抗匹配，所以称为非阻抗匹配ＹＮ结线平衡变压器。
２变压器的比较和选择
２．１
单相结线变压器
优点：容量利用率可达１００％，主接线简单，设备少，占地面积小。投资少。
缺点：不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电，在电力系统中，单相牵引负荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。
适用于：电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠的由地方电网得到供应的场
合。
２．２单相Ｖ，ｖ结线变压器（三相）
优点：主结线较简单，设备较少，投资较省。对电力系统的负序影响比单相结线少，对接触网的供电可实现双边供电。
缺点：当一台牵引变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左右两边供电臂的牵引网。这就需要一个倒闸过程，即把故障变压器原来承担的供电任务转移到正常运行的变压器。在这一倒闸过程完成前，故障变压器原来供电的供电臂牵引网中断供电，这种情况甚至会影响行车。即使这一倒闸过程完成后，地区三相电力供应也要中断。牵引变电所三相自用电必须改用劈相机或单相——三相自用变压器供电。实质上变成了单相结线牵引变电所。对电力系统的负序影响也随之增大。
２．３
三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器
优点：牵引变压器低压侧保持三相。有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力。在两台牵引变压器并联运行情况下，当一台变压器停电时，供电不会中断，运行可靠方便。三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单。价格便宜。对接触网的供电可实现两边供电。
缺点：牵引变压器容量不能得到充分利用，只能达到额定容量的７５．６％，引入温度系数也只能达到８４％，与采用单相结线牵引变压器的牵引变电所相比。主接线要复杂一些，用的设备、工程投资也较多，维护检修工作量及相应的费用也有所增加。
适用于：山区单线电气化铁路牵引负载不平衡的场所。
・１１８・
万方数据
内蒙古科技与经济
２．４斯科特结线变压器
优点：当Ｍ座和Ｔ座两供电臂负荷电流大小相等，功率因素也相等时，斯科特结线变压器原边三相
电流对称。变压器容量可全部利用（用逆斯科特结线
变压器把对称两相电压变换成对称三相电压）。对接触网的供电可实现两边供电。
缺点：斯科特结线牵引变压器制造难度较大，造价较高。牵引变电所主结线复杂，设备较多，工程投资也较多，维护检修工作量及相应的费用有所增加。而且斯科特结线牵引变压器原边Ｔ接地（ｏ点）电位随负载变化而产生漂移，严重时有零序电流流经电力网，可能引起电力系统零序电流继电保护误动作，对邻近的平行通信线可能产生干扰，同时引起牵引变压器各相绕组电压不平衡，而加重绕组的绝缘负担。为此，该结线牵引变压器的绝缘水平要采用全绝
缘。
２．５
ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器
优点：当阻抗匹配系数时，无论副边或原边三相电流是否平衡，无零序电流。当副边三相电流不对称时，原边三相电流对称，没有负序电流对电力系统的影响。原边三相制的视在功率完全转化为副边二相制的视在功率，变压器容量可全部利用。原边仍为ＹＮ结线，中性点引出，与高压中性点接地电力系统匹配方便。副边仍有△结线绕组，三次谐波电流可以流通，使主磁通和电势波形有较好的正旋度。利用斯科特结线变压器把对称两相电压变换成对称三相电压。对接触网的供电可实现两边供电。
缺点：设计计算及制造工艺复杂，造价较高。适用于：牵引变电所自用电和站区三相电力。
２．６
ＹＮ结线平衡变压器
优点：其阻抗匹配系数在一定范围内任意选取，
因而使变压器的设计和制造更加方便。阻抗匹配系数取值的灵活性对绕组布置具有重要意义。
缺点：需要考虑减小电磁力。环流等问题。２．７非阻抗匹配ＹＮ结线平衡变压器
优缺点与ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器基本相同，但还存在若干不同点：非阻抗匹配ＹＮ，结线平衡变压器与ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器分别是ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器的特例。在ＹＮ，结线平衡变压器中，前者不需要专门进行阻抗匹配，绕组布置最容易。设计制造最方便；后者绕组设计条件最苛刻，设计制造最困难；取其他值的情况则介于二者之间。
３
结束语
综上所述，新线投用适宜采用ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器、三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器、三相Ｖ，ｖ结线变压器（ＢＴ供电方式）和斯科特结线变压器（ＡＴ供电）。而旧线的增效改造，适宜采用三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器和采用Ｖ．ｖ结线变压器。供电系．统容量较大时宜采用单相（三相）Ｖ，ｖ结线变压器。
电气化铁路几种牵引供电主变压器原理分析与比较
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张继雄
神华准能大准铁路供电段,内蒙古,薛家湾,010300内蒙古科技与经济
INNER MONGOLIA SCIENCE TECHNOLOGY AND ECONOMY2010(20)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_nmgkjyjj201020061.aspx
第２０期总第２２２期
２０１０年１０月
Ｉｎｎｅｒ
内蒙古科技与经济
ＭｏｎｇｏｌｉａＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ
Ｎｏ．２０，ｔｈｅ２２２ｔｈｉｓｓｕｅ
Ｏｃｔ．２０１０
电气化铁路几种牵引供电主变压器原理分析与比较
张继雄
（神华准能大准铁路供电段，内蒙古薛家湾０１０３００）
要：就现阶段我国牵引变电所主变压器的种类、功能、原理以及在应用中的技术对比进行了分
析，对新线和既有线电气化增效改造中选择原则进行了阐述。
关键词：电气化铁路；牵引供电；牵引变电所；牵引变压嚣中图分类号：Ｕ２２４文献标识码：Ａ文章编号：１００７—６９２１（２０１０）２０—０１１７－－０２
１变压器的结构种类和接线方式
摘
变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另
一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电能传递或作为信号传输的重要元件。
按照变压器结构种类和接线方式分为：单相结线变压器、单相（三相）Ｖ，ｖ结线变压器、三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器、斯科特结线变压器、ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器、ＹＮ结线平衡变压器、非阻抗匹配ＹＮ结线平衡变压器。
１．１单相结线变压器
牵引变压器的原边跨接于三相电力系统中的两相，副边一端与牵引侧母线连接，另一端与轨道及接地网连接。牵引变压器的容量利用率高，但其在电力系统中单相牵引负荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。所以，这种结线只适用于电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠的由地方电网得到供应的场合。另外。单相牵引变压器要按全绝缘设计制造。
１．２单相Ｖ，ｖ结线变压器（三相）
两侧对应的供电臂供电，两臂电压的相位差为６０度，也是６０度接线。因此，在这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。１．４斯科特结线变压器
（见图１）实际上也是由两台单相变压器按规定连接而成。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０，称为Ｔ座变压器。这种结线形式把对称三相电压变换成对称两相电压，用两相中的一相供应一边供电臂。另一相供应另一边供电臂。Ｍ座变压器原边绕组匝数，两端分别接入电力系统的Ｂ。Ｃ相，副边绕组匝数．向左边供电臂供电。Ｔ座变压器原边绕组匝数，一端接在Ｍ座变压器原边绕组的中点ｏ，另一端接到接到电力系统的Ａ相；副边绕组匝数，向右边供电臂供电。Ｔ座和Ｍ座副边匝数相同，原边匝数不同。实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯上，安装在一个油箱内。
将两台单相变压器以Ｖ的方式联于三相电力系统，每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两变压器次边绕组，各取一端联至牵引变电所两相母线上，而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时，两臂电压相位差６０度接线，电流的不对称度有所减少。这种接线即通常所说的６０度接线。（三相）原理：将两台容量相等或不相等的单相变压器器身安装于同一油箱内。原边绕组接成固定的Ｖ结线，Ｖ的顶点（Ａ２
与Ｘ１连接点）为Ｃ相，Ａ１，Ｘ２分别为Ａ相，Ｂ相。副
Ｔ■，
图１变电所接线原理
１．５
ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器
边绕组四个端子全都引出在油箱外部，根据牵引供电的要求，既可接成正“Ｖ”，也可接成反“Ｖ”。
１．３三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器
三相ＹＮ，ｄ１１结线牵引变压器的高压侧通过引入线按规定次序接到１ｌＯｋＶ或２２０ｋＶ，三相电力系统的高压输电线上；变压器低压侧的一角ｃ与轨道接地网连接，变压器另两个角ａ和ｂ分别接到２７．５ｋＶ的ａ相和ｂ相母线上。由两相牵引母线分别向
收稿日期：２０１０—０５—１６
副边绕组三角形结线结构即在非接地相增设两个外移绕组。内三角形接线的一角ｃ与轨道接地网连接。两端分别接到牵引侧两相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂牵引网供电。１．６ＹＮ结线平衡变压器
根据平衡变压器的工作原理，要求：①原边接三相对称电源电压时，副边二相输出端口空载电压对称（即大小相等，相位差为９０度），②副边二相输出端口带相同负载时，原边三相电流对称。ＹＮ结线
・１１７・
万方数据
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阻抗匹配牵引变压器，虽然满足了上述需要和要求，但是平衡绕组与ａ（或ｂ，Ｃ）绕组的匝数比和阻抗匹配系数都是固定值。一般来说。绕组匝数的配合比较容易，而无论从设计上还是制造工艺上来讲，要得到预先确定的某一阻抗匹配系数都是相当困难的。ＹＮ结线阻抗匹配平衡变压器的要求，在设计上和制造工艺上的难度是不言而喻的。
１．７非阻抗匹配ＹＮ结线平衡变压器
在前面所述的ＹＮ结线平衡变压器中，不需要专门进行阻抗匹配，按结构对称性布置绕组，就可以使该变压器达到平衡。这是ＹＮ结线平衡变压器的特点。由于它不需要专门进行阻抗匹配，所以称为非阻抗匹配ＹＮ结线平衡变压器。
２变压器的比较和选择
２．１
单相结线变压器
优点：容量利用率可达１００％，主接线简单，设备少，占地面积小。投资少。
缺点：不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电，在电力系统中，单相牵引负荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。
适用于：电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠的由地方电网得到供应的场
合。
２．２单相Ｖ，ｖ结线变压器（三相）
优点：主结线较简单，设备较少，投资较省。对电力系统的负序影响比单相结线少，对接触网的供电可实现双边供电。
缺点：当一台牵引变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左右两边供电臂的牵引网。这就需要一个倒闸过程，即把故障变压器原来承担的供电任务转移到正常运行的变压器。在这一倒闸过程完成前，故障变压器原来供电的供电臂牵引网中断供电，这种情况甚至会影响行车。即使这一倒闸过程完成后，地区三相电力供应也要中断。牵引变电所三相自用电必须改用劈相机或单相——三相自用变压器供电。实质上变成了单相结线牵引变电所。对电力系统的负序影响也随之增大。
２．３
三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器
优点：牵引变压器低压侧保持三相。有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力。在两台牵引变压器并联运行情况下，当一台变压器停电时，供电不会中断，运行可靠方便。三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单。价格便宜。对接触网的供电可实现两边供电。
缺点：牵引变压器容量不能得到充分利用，只能达到额定容量的７５．６％，引入温度系数也只能达到８４％，与采用单相结线牵引变压器的牵引变电所相比。主接线要复杂一些，用的设备、工程投资也较多，维护检修工作量及相应的费用也有所增加。
适用于：山区单线电气化铁路牵引负载不平衡的场所。
・１１８・
万方数据
内蒙古科技与经济
２．４斯科特结线变压器
优点：当Ｍ座和Ｔ座两供电臂负荷电流大小相等，功率因素也相等时，斯科特结线变压器原边三相
电流对称。变压器容量可全部利用（用逆斯科特结线
变压器把对称两相电压变换成对称三相电压）。对接触网的供电可实现两边供电。
缺点：斯科特结线牵引变压器制造难度较大，造价较高。牵引变电所主结线复杂，设备较多，工程投资也较多，维护检修工作量及相应的费用有所增加。而且斯科特结线牵引变压器原边Ｔ接地（ｏ点）电位随负载变化而产生漂移，严重时有零序电流流经电力网，可能引起电力系统零序电流继电保护误动作，对邻近的平行通信线可能产生干扰，同时引起牵引变压器各相绕组电压不平衡，而加重绕组的绝缘负担。为此，该结线牵引变压器的绝缘水平要采用全绝
缘。
２．５
ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器
优点：当阻抗匹配系数时，无论副边或原边三相电流是否平衡，无零序电流。当副边三相电流不对称时，原边三相电流对称，没有负序电流对电力系统的影响。原边三相制的视在功率完全转化为副边二相制的视在功率，变压器容量可全部利用。原边仍为ＹＮ结线，中性点引出，与高压中性点接地电力系统匹配方便。副边仍有△结线绕组，三次谐波电流可以流通，使主磁通和电势波形有较好的正旋度。利用斯科特结线变压器把对称两相电压变换成对称三相电压。对接触网的供电可实现两边供电。
缺点：设计计算及制造工艺复杂，造价较高。适用于：牵引变电所自用电和站区三相电力。
２．６
ＹＮ结线平衡变压器
优点：其阻抗匹配系数在一定范围内任意选取，
因而使变压器的设计和制造更加方便。阻抗匹配系数取值的灵活性对绕组布置具有重要意义。
缺点：需要考虑减小电磁力。环流等问题。２．７非阻抗匹配ＹＮ结线平衡变压器
优缺点与ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器基本相同，但还存在若干不同点：非阻抗匹配ＹＮ，结线平衡变压器与ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器分别是ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器的特例。在ＹＮ，结线平衡变压器中，前者不需要专门进行阻抗匹配，绕组布置最容易。设计制造最方便；后者绕组设计条件最苛刻，设计制造最困难；取其他值的情况则介于二者之间。
３
结束语
综上所述，新线投用适宜采用ＹＮ结线阻抗匹配牵引变压器、三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器、三相Ｖ，ｖ结线变压器（ＢＴ供电方式）和斯科特结线变压器（ＡＴ供电）。而旧线的增效改造，适宜采用三相ＹＮ，ｄ１１双绕组变压器和采用Ｖ．ｖ结线变压器。供电系．统容量较大时宜采用单相（三相）Ｖ，ｖ结线变压器。
电气化铁路几种牵引供电主变压器原理分析与比较
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张继雄
神华准能大准铁路供电段,内蒙古,薛家湾,010300内蒙古科技与经济
INNER MONGOLIA SCIENCE TECHNOLOGY AND ECONOMY2010(20)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_nmgkjyjj201020061.aspx