电气化铁路scott接线变压器牵引供电方式设计1.doc

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黑龙江交通职业技术学院学生毕业设计（论文）15级电气化铁道技术专业

黑龙江交通职业技术学院

毕业设计（论文）

题目电气化铁路scott接线

变压器牵引供电方式设计

专业班级

姓名

学号

2017年月日

1

1

摘要

随着我国铁路跨越式发展战略的逐步实施,我国铁路已逐步向高速客运专线的方向发展,电气化铁道接触网作为整个电力供电系统的重要组成部分,其牵引负荷的供电要求相以前的常规铁路已发生较大变化,对接触网系统的供电质量要求也越来越高。

牵引供电系统的供电质量好与坏？

弓网是否有良好的受流质量？

这与高速铁路供电系统方式有着密不可分关系,因为供电方式的不同将直接影响接触网的电压、电流等参数,最终影响受流质量。

目前,铁道部加快了重载高速电气化铁路的建设。

重载高速电气化铁路的重要特点是牵引负荷较以往电气化铁路有很大幅度的提高,如大秦线2亿t扩能改造工程,单列车牵引质量由1万t增加到2万t,牵引功率也由原来的12800kW增加至25600kW;高速客运专线速度为350km/h时,列车牵引功率可达到22000～25000kW,是普通速度客运机车功率的4～5倍。

如此大的负荷对供电系统的功率传输能力提出了新的要求。

因此,对高速铁路接触网供电方式研究是十分关键的。

关键词：

变压器，斯科特，供电

目录

第1章绪论 1

1.1选题目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3牵引变压器 2

1.4本文主要内容 2

第2章斯科特变压器 4

2.1AT供电方式 4

2.2斯科特变压器特点 4

2.3斯科特变压器供电方式 6

2.4高压侧主接线 7

2.5馈线侧主接线设计 8

第3章斯科特计算 10

3.1变压器计算容量 10

3.2变压器校核容量 10

3.3短路计算 11

3.3.1短路点的选取 11

3.3备用方式选择 11

3.4绘制电气主接线图 12

第4章我国采用斯科特变压器的线路 14

4.1哈大铁路客运专线 14

4.2京沪高速铁路 14

4.3京沈客运专线 15

第5章结论 16

参考文献 17

黑龙江交通职业技术学院学生毕业设计（论文）15级电气化铁道技术专业

第1章绪论

1.1选题目的和意义

我国自1961年8月15日建成开通宝鸡至凤州91km第一段山区电气化铁路、实现电气化铁路零的突破以来,到2005年末,电气化开通营业里程已突破2万km。

电气化铁路所具有的牵引力大、速度快、能耗低、效率高、污染小的优越性,使电气化铁路从山区到平原,从重载到客运专线,形成了遍布全国的电气化铁路网。

目前,铁道部加快了重载高速电气化铁路的建设。

重载高速电气化铁路的重要特点是牵引负荷较以往电气化铁路有很大幅度的提高,如大秦线2亿t扩能改造工程,单列车牵引质量由1万t增加到2万t,牵引功率也由原来的12800kW增加至25600kW;高速客运专线速度为350km/h时,列车牵引功率可达到22000～25000kW,是普通速度客运机车功率的4～5倍。

如此大的负荷对供电系统的功率传输能力提出了新的要求。

我国电气化铁路绝大多数采用110kV作为牵引变电所的受电电压,均保证了安全、可靠的供电;但对于重载高速线路,需电网输电容量达到126～180MVA,要保证输送如此大的功率,则应当考虑采用更高等级的电压作为受电电压。

1.2国内外研究现状

斯科特平衡变压器，包括两台单相变压器，分别为M变和T变，M变包括第一高压绕组、结构对称的第一低压绕组和第二低压绕组，T变包括第二高压绕组、结构对称的第三低压绕组和第四低压绕组。

由于M变和T变分别提供两组结构对称的低压绕组，通过低压绕组的串联连接和并联连接方式，可以实现电源电压的三相变两相和三相变四相，能够同时满足电气化铁路直供方式和AT供电方式。

既可以满足电气化铁路牵引供电系统近期规划的直供方式，也可以满足远期规划的AT供电方式，无需更换变压器，能够减少变压器投资，节约资源。

斯科特（Scott）变压器，是一种特种变压器。

它能将供电电源的三相电变成两相电（两个相位差90°的单相），提供两相电源，保证供电的三相电源平衡。

一般斯科特变压器大多用在电气化牵引铁路中；该变压器原边有两个绕组，接成倒T形，它的底部绕组（称为底绕组）接入高压系统的两相间电压（如A，C相间），另一绕组（称为高绕组）则连接于底绕组中心点和高压三个电压中的另一相（如B相），底绕组和高绕组的匝数比为1：

√3/2；次边匝数相同的两个单相绕组，在空间结构上分别与倒T形原边绕组相对应、构成互成π∕2相位差的两相次边电压Uα，Uβ，分别向两侧不同的接触网分段供电。

当两馈电分段电流为Iα，Iβ时，通过电流变比和相位转换，可得原边三相电流IA＝IB＝IC且相位是对称的，使原边三相负荷实现了平衡，是其优点。

1.3牵引变压器

牵引变压器是将三相电力系统的电能传输给二个各自带负载的单相牵引线路。

二个单相牵引线路分别给上下行机车供电。

在理想的情况下，二个单相负载相同。

所以，牵引变压器就是用作三相变二相的变压器。

1.4本文主要内容

研究内容：

本文主要的研究目的是通过对斯科特变压器的研究，加强对斯科特变压器以及AT供电方式的了解，发现其中存在的问题，进而提出将斯科特变压器发展方向。

拟从以下几个方面进行研究：

1．首先介绍斯科特变压器的结构组成，分析斯科特变压器的发展背景，及其应用在牵引供电上的重大意义；

2．分析AT供电方式供电的使用、效果以及存在问题，分析使用AT供电对于高速铁路的有利影响；

3．介绍对斯科特变压器对于高速铁路发展的意义，重点分析其对供电的三相平衡，突出设计的主题；

4.分析牵引供电中存在的制约因素，以及这些制约因素对我国牵引供电所带来的危害和影响；

5．结合前文的综合论述，进行总结，同时重申论文的研究目标以及对斯科特变压器的展望。

研究方法：

结合本文的特点，本文的研究会用到以下几种方法

1文献检索法

本文的研究需要首先阅读大量的文献成果，才能总结出现在该论题的研究进展情况，找出以前研究的不足和避免研究内容的重复性；

2比较分析法

在论文中将对牵引供电方式进行分析，需要对技术指标方面进行比较，总结出不同的特点，看出牵引供电方式存在的差距。

3理论联系实际的方法

对现有线路进行分析，结合理论分析我国电气化铁路发展的现状以及AT供电方式发展的必要性。

第2章斯科特变压器

2.1AT供电方式

斯科特变压器使用在自耦变压器供电方式（简称AT供电方式），自耦变压器供电方式（简称AT供电方式），是每隔10km左右在接触网与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，其中性点与钢轨相连。

自耦变压器将牵引网的供电电压提高一倍，而供给电力机车的电压仍为25千伏，如下图所示。

电力机车由接触网受电后，牵引电流一般由钢轨流回，由于自耦变压器的作用，经钢轨流回的电流，经自耦变压器绕组和正馈线流回变电所。

当自耦变压器的一个绕组流过机车电流时，其另一个绕组感应出电流供给电力机车，因此，当机车负荷电流为I时，由接触网和正馈线供给的电流为0.5I，另外的负荷电流由自耦变压器感应电流供给。

这种供电方式的牵引网阻抗很小，电压损失小，电能损耗低，供电能力大，供电距离长，可达40～50km。

由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中的方向相反，因而对邻近的通信线路干扰很小。

2.2斯科特变压器特点

斯科特变压器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。

这种结线型式把对称三相电压变换成相位差为的对称两相电压，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，电压分别用表示，两端分别接入电力系统的B，C相；副边绕组匝数，电压分别用表示，向左边供电臂供电。

T座变压器原边绕组匝数，电压分别为，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，电压分别为，向右边供电臂供电。

T座和M座副边匝数相同，都是，原边匝数不同，T座原边匝数是M座的。

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。

图2-1中座变压器原边绕组匝数、电压分别用、表示，两端分别接入电力系统的、相；副边绕组匝数、电压分别用、表示，向左边供电臂供电。

座变压器原边绕组匝数、电压分别为、，一端接到座变压器原边绕组的中点，另一端接到电力系统的相；副边绕组匝数、电压分别为、，向右边供电臂供电。

原、副边电流如图中标示。

由图可知，座和座副边匝数相同，都是；但原边匝数不相同，座原边匝数是座的倍。

实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯上，安装在一个油箱里。

图2-1斯科特变压器原理电路图

由于该牵引变电所采用直接供电方式向双线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5KV，接线。

因此，其动力变压器及其自用电变压器可采用逆斯科特变压器，逆斯科特变压器接线如图2-2所示。

图2-2逆斯科特接线

2.3斯科特变压器供电方式

单线AT牵引网图2-3为单线AT牵引网，仅由接触网，轨道，正馈线构成。

图2-3

双线AT牵引网如图2-4所示，c，d为双线AT牵引网，除了接触网，轨道，正馈线之外，还有保护线、横向连接线和（双线）横向连接线。

图2-4

2.4高压侧主接线

牵引变电所高压侧（电源进线侧）的主接线设计可以分为三类：

母线型接线、桥式接线、双T接线。

对于大型变电所来说，母线型接线是中心牵引变电所110kV电源侧电气主接线的核心；通过式牵引变电所110kV电源侧一般采用桥式接线；分接式牵引变电所110kV电源侧采用双T接线。

根据题目要求及分析已知条件可知：

待设计变电所为一中等容量的通过式牵引变电所。

所以我们选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线。

桥式接线又分为内桥和外桥两种接线形式。

图2-5内桥接线图2-6外侨接线

图2-5内桥接线，连接在靠近变压器侧，其特点是适用于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，这种接线形式可以很方便地切换或投入线路。

图2-6为外桥接线，本设计采用的是外桥接线，连接在靠近线路侧，其特点是适用于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方式便于变压器的投入以及切除。

为了配合牵引变电所在出现主变压器故障时备用变压器的自动投入，选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障主变压器的切除。

2.5馈线侧主接线设计

直接供电方式向双线区段供电，牵引变压器类型为直接供电方式的馈电线包括接触网（）和正馈线（）两根线，断路器和隔离开关均为双线；另外有中线馈出，不设断路器和隔离开关。

当牵引变压器（接线变压器）副边线圈无中点抽头时，在变电所内还应另设自耦变压器。

一般将自耦变压器设在馈电线外侧，当相邻变电所越区供电时，可作为末端的自耦变压器使用。

双线铁路一般为四回馈电线，每两回同相馈电线设一组备用断路器，如图2-7所示。

图2-7双线区段斯科特变压器直接供电方式馈电线主接线

该方式是备用的接线方式，这种接线方便于工作，当工作断路器需检修时，可有各自的备用断路器来代替其工作，断路器的转换操作较方便，供电可靠性高。

第3章斯科特计算

3.1变压器计算容量

斯科特结线变压器两副