牽引供變電電氣主設備原理課件

第三章牽引供變電電氣主設備原理第二節(jié)牽引整流變壓器與硅整流器結構和技術特性軌道交通牽引供變電技術第三章牽引供變電電氣主設備原理軌道交通牽引供變電技術第二節(jié)牽引整流變壓器與硅整流器結構和技術特性

一、三繞組牽引整流變壓器牽引整流機組中應用的三繞組牽引整流變壓器一般的接線方式為Ydy和Ddy兩種，整流器由兩組并聯(lián)的三相6脈波全波整流器組成。如圖3.12所示為Ddy接線三繞組整流變壓器。軌道交通牽引供變電技術第二節(jié)牽引整流變壓器與硅整流器結構和技術特性軌道交通

軌道交通牽引供變電技術圖3.1212脈波整流機組電路圖軌道交通牽引供變電技術圖3.1212脈波整流其閥側（次邊電壓）星形（y接線）繞組接至一組三相整流橋RCT1，三角形（d接線）繞組接至另一組三相整流橋RCT2，由于整流變壓器閥側星形和三角形繞組對應的線電壓相等，相位差為（星形繞組引前），兩組三相整流橋并聯(lián)連接構成12脈波整流電路。軌道交通牽引供變電技術其閥側（次邊電壓）星形（y接線）繞組接至軌道交通

對于常規(guī)的三繞組整流變壓器，為使上述整流波形平緩，延長整流橋整流管的導電時間，往往在兩組整流橋共陰極輸出電路中串聯(lián)接入較大電抗量的平衡電抗器Lp，如圖3.12所示。圖中、為負載電阻和電抗。軌道交通牽引供變電技術對于常規(guī)的三繞組整流變壓器，為使上述整流軌道交通牽

常規(guī)三繞組牽引整流變壓器與電力系統(tǒng)中通用的三繞組變壓器的鐵心和繞組結構基本相同，兩個二次繞組容量相等，因其向擔負牽引負荷的多相整流電路供電，為適應軌道交通地下建筑環(huán)境的特殊要求，在變壓器絕緣結構、冷卻方式和安全方面的標準更高，要求更為嚴格。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

三繞組牽引整流變壓器的結構和技術特點：

（1）按城軌交通地下工程的要求，牽引整流變壓器絕緣材料采用環(huán)氧樹脂澆注，整體為戶內型、自然風冷干式結構，具有體積?。s為同容量油冷變壓器體積的1/2）、重量輕、噪聲?。~定負荷時小于55dB）、損耗低、防潮性能好、機械強度高、抗負荷沖擊能力強等結構特征和運行特性。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

（2）承擔列車運行啟動、加速頻繁、波動性大的牽引負荷，負荷等級為Ⅵ類（按國家標準），即在100%IN（額定負荷）下保持連續(xù)工作；150%IN時，工作2小時；300%IN時，工作1分鐘；抗短路電流能力為在其次邊完全短路持續(xù)2秒時，應不造成整流變壓器任何熱和機械的損傷，短路后銅導體繞組平均最高溫度應小于350C（短路前為額定負荷）。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

三繞組整流變壓器的重要電氣參數(shù)和等值電路：由于三個繞組在磁路上相互耦合，所以每個繞組都存在自感和該繞組與其他繞組產生磁通交鏈形成的互感，從而任一繞組等值電路的電壓方程中，必然包括繞組本身的自感電動勢和與其他繞組之間的互感電動勢，從這樣一組電壓方程，即可得到三個繞組包括繞組自感電抗和互感電抗在內的組合電抗（或稱等值電抗），如圖3.13所示。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

軌道交通牽引供變電技術圖3.13三繞組整流變壓器組合電抗等值電路圖軌道交通牽引供變電技術圖3.13三繞組整流變

圖中X1、X2和X3是各繞組的組合電抗，而不是漏抗，其值一般通過短路實驗求得。制造廠給出的三繞組整流變壓器的短路阻抗百分值，則是按閥側兩繞組全短路情況下的實驗數(shù)值（其值≤8%）得到的。從上述等值電路圖3.13可知，三個繞組的電路是互相關聯(lián)的，在運行中，一個繞組負荷電流的變化將會影響其他繞組的電壓值。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

二、軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器所謂雙分裂式繞組是指在多繞組牽引整流變壓器中的兩個二次繞組，分裂成額定容量相等的兩個支路，它們在電氣上沒有聯(lián)系，僅有較弱的磁耦合。在牽引供電系統(tǒng)中應用較多的是軸向雙分裂式四繞組三相牽引整流變壓器，它有兩個并聯(lián)的高壓一次繞組和兩個分裂的二次繞組。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

其結構上有軸向布置和徑向布置之分，如圖3.14所示是三相三柱式鐵心結構的三相整流變壓器中一相繞組的軸向布置示意圖。軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變圖中一次繞組分成兩個并聯(lián)的繞組H1和H2，分別對應排列兩個分裂的二次繞組L1和L2，它們沿鐵心上下軸向布置。適當選擇H1、L1和H2、L2之間的距離可調節(jié)兩者之間的阻抗電壓百分數(shù)。

軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組圖中一次繞組分成兩軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙

而徑向布置則是將分裂的二次繞組布置在一次繞組的兩側，將增大鐵心的徑向空間。

軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組而徑向布置則是將軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸

分裂繞組變壓器由于其漏抗增大，在電力系統(tǒng)大型機組發(fā)電廠的廠用電中常用這種分裂繞組變壓器限制短路電流數(shù)值。

軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組分裂繞組變壓器由軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向

在直流牽引供電系統(tǒng)中，采用軸向雙分裂四繞組牽引整流變壓器的目的，在于利用其兩個二次繞組連接的多組三相橋式整流電路并聯(lián)構成的12脈波和24脈波整流裝置中，

軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組在直流牽引供電系軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向由于該類分裂繞組變壓器每相漏抗增大，可取代通用的平衡電抗器的作用（見圖3.12），使整流電壓波形平緩，延長整流橋每個橋臂整流管的導電時間，而在并聯(lián)整流橋的電路中不設平衡電抗器。軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組由于該類分裂繞組軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向

由于軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器的繞組配置結構與普通多繞組變壓器不同，其等值電路、阻抗參數(shù)和運行特性有較大差別，在軌道交通地下建筑牽引變電所中應用時對其絕緣結構、冷卻方式和安全等方面也有特殊的要求。下面分別給予分析和介紹。

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

1.等值電路和阻抗參數(shù)按圖3.14繞組布置的軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器的簡化等值電路如圖3.15（a）所示，圖中各阻抗均忽略電阻成分。軸向的上、下兩層繞組即L1、H1和L2、H2之間存在中間（過渡）阻抗，設為Xm，并定義該類變壓器不同運行方式下的3種阻抗如下：

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術（1）穿越阻抗XK：閥側（二次繞組）兩個繞組并聯(lián)運行時，該側繞組對不分裂的網側（高壓繞組）繞組間的阻抗。（2）半穿越阻抗Xb：閥側兩個繞組中任一繞組開路，另一繞組對不分裂的網側繞組間的阻抗。（3）分裂阻抗XF：兩個閥側分裂繞組間的阻抗。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

對于圖3.15（a），已知XL1≈XL2≈XH1≈XH2≈XK，可求得中間阻抗Xm為式中——分裂系數(shù)，且；——分裂阻抗。軌道交通牽引供變電技術（3.19）軌道交通牽引供變電技術（3.19）

將圖3.15（a）中A、M、N三點進行星形-三角形阻抗變換，并代入式（3.19），得到與一般三繞組變壓器等值電路形式一致的變換后等值電路，如圖3.15（b）所示。軌道交通牽引供變電技術圖3.15（a）簡化等效電路軌道交通牽引供變電技術圖3.15（a）簡化等效電路

從圖3.15（b）可知，變換后的電路阻抗經整理后化簡為軌道交通牽引供變電技術圖3.15（b）等效電路的變換形式（3.20）軌道交通牽引供變電技術圖3.15（b）等效電路的變換形式

因而，按前述三種阻抗定義對應于變壓器不同運行方式，由圖3.15可得穿越阻抗為軌道交通牽引供變電技術（3.21）（3.22）軌道交通牽引供變電技術（3.21）（3.22）

半穿越阻抗（分別對閥側兩個繞組中之一開路時）為分裂阻抗為軌道交通牽引供變電技術（3.23）（3.24）軌道交通牽引供變電技術（3.23）（3.24）

根據(jù)國產軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器給出的性能數(shù)據(jù)，當變壓器容量為2200kV·A、2750kV·A和3000kV·A時，包含移相繞組在內的有關短路阻抗和其他阻抗參數(shù)如下：短路阻抗（百分比）8%（閥側兩繞組全短路）；分裂阻抗（百分比）≥20%；半穿越阻抗（百分比）6.5%。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

2.軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器的結構在軌道交通地下牽引變電所環(huán)境下，對軸向雙分裂式多繞組牽引整流變壓器在絕緣結構、冷卻方式、安全和機械強度、負荷等級等方面的特殊要求，和前面三繞組牽引整流變壓器結構和技術特點中的（1）、（2）相同。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器在制造上比較復雜，工藝要求和技術指標都較高，而且由于軸向布置的兩個二次分裂繞組之間需增加支撐絕緣材料，另外當二次繞組發(fā)生接地故障時，有很大的故障電流流向該側繞組，將在分裂變壓器鐵心中失去磁的平衡，在其軸向上產生巨大的短路機械應力，必須采用能承受這種巨大機械力的堅實支撐物，從而造成材料費用增大，因此，軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器比同容量的三繞組牽引整流變壓器的價格要昂貴得多。軌道交通牽引供變電技術軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器在制造軌道交通牽軸向雙分裂四繞組（干式）牽引整流變壓器結構如圖3.16所示。軌道交通牽引供變電技術圖3.16軸向雙分裂四繞組（干式）牽引整流變壓器結構圖軸向雙分裂四繞組（干式）牽引整流變壓器結軌道交通牽引

三、牽引整流變壓器的移相原理及其實現(xiàn)

牽引整流機組交流側諧波含量與整流的等效相數(shù)，即與每工頻周期內整流電壓的脈波數(shù)有關。提高整流的等效相數(shù)是抑制諧波的有效措施，而等效多相制的形成則由牽引整流變壓器的移相和牽引整流機組的并聯(lián)組合來實現(xiàn)。等效多相制的等效相數(shù)，在牽引供電系統(tǒng)應用較多的是12相和24相。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術前述三繞組牽引整流變壓器和軸向雙分裂四繞組牽引整流變壓器，利用其Y接線和d接線的兩個二次繞組分別連接至兩組三相整流橋，兩者并聯(lián)構成的整流機組可實現(xiàn)12脈波的6相整流，如采用兩臺相同容量和相同接線方式的牽引整流機組，一臺整流變壓器的一次繞組移相（電角度為＋7.5），另一臺整流變壓器的一次繞組移相（電角度為7.5），兩臺移相整流變壓器及其連接的四組三相整流橋組成一套具有移相作用的12相24脈波牽引整流機組，其閥側同名端線電壓的相位差為（電角度為15）。軌道交通牽引供變電技術前述三繞組牽引整流變壓器和軸向雙分裂四繞軌道交通牽引由于目前實際上都是在軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器結構的基礎上實現(xiàn)移相，以下結合這種整流變壓器介紹其移相方式、實現(xiàn)方法及其移相原理。

軌道交通牽引供變電技術由于目前實際上都是在軸向雙分裂式四繞組牽軌道交通牽引

1.牽引整流變壓器移相方式和移相原理對于大容量的牽引整流變壓器，由于移相的相位角幅度一般不大，最經濟可行的移相方法是利用其本身的三相鐵心和磁路系統(tǒng)，將網側需要移相的每相一次繞組分別設在本相鐵心柱上的主繞組和在三相中其他鐵心柱的移相繞組上，通過主繞組和不同相位匝數(shù)的移相繞組的適當串聯(lián)組合，即可達到移相的目的。通常，按下列不同組合形成幾種不同的移相方式：軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

（1）延邊三角形接線移相方式。三角形接線一次繞組每相的主繞組以外，串聯(lián)增加一段不同匝數(shù)的移相繞組，稱為延邊三角形接線，如圖3.17（a）所示。

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術圖中原三角形主繞組為A1X、B1Y、C1Z，串聯(lián)接入不同相位的移相繞組后，例如A、X主繞組A1X的延長線上與A1X繞組同相位的移相繞組AA1和C1Z主繞組延長線上與C1Z同相位的移相繞組CX串聯(lián)以后軌道交通牽引供變電技術圖3.17（a）接線圖圖中原三角形主繞軌道交通牽引供變電技術圖3.17（

其AC相繞組的電壓與原三角形繞組A1C1的相電壓相比產生了角的相位移［見圖3.17（b）］。

軌道交通牽引供變電技術圖3.17（b）電壓相量圖其AC相繞組的電壓與原三角形繞組A1C1的相電軌道交

按圖3.17（b），由正弦定律可得則移相電壓：CX＝軌道交通牽引供變電技術（3.25）軌道交通牽引供變電技術（3.25）總相電壓（主繞組電壓＋移相電壓）：故主繞組電壓：

主繞組電壓＝軌道交通牽引供變電技術（3.26）（3.27）軌道交通牽引供變電技術（3.26）（3.27）在給定和移相角的情況下，按式（3.25）～（3.27）即可得到主繞組和移相繞組匝數(shù)。這種移相方式適用于網側為三角形（d）接線的軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術（2）曲折形接線移相方式。曲折形接線移相牽引整流變壓器的結構和接線圖如圖3.18（a）所示，在網側原星形接線一次繞組每相主繞組以外，串聯(lián)接入其他不同相位的移相繞組，其電壓相量之和與原主繞組電壓間即形成移相角α。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術例如圖3.18（b）中，A相繞組與具有反方向C相相位的移相繞組C串聯(lián)構成的總相電壓，同原A相繞組之間產生滯后相位移角。很顯然，這種移相方式適用于網側為星形接線的軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

軌道交通牽引供變電技術（a）接線圖（b）電壓相量圖圖3.18曲折形整流移相變壓器軌道交通牽引供變電技術（a）接線圖（b）電壓相量

（3）多邊形接線移相方式。多邊形接線移相牽引整流變壓器的結構和接線圖如圖3.19（a）所示。它由三相主繞組和三個與主繞組同相位的移相繞組交錯連接形成多邊形接線，其中每相主繞組與相鄰的其他不同相位移相繞組串聯(lián)構成組合繞組，其電壓相量之和同原繞組電壓間即形成移相角α。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術例如，圖3.19（a）中原AB相繞組與反方向AC相位的移相繞組C串聯(lián)構成的總電壓，同原AB相繞組之間產生了滯后相位移α角。軌道交通牽引供變電技術圖3.19（a）接線圖例如，圖3.19軌道交通牽引供變電技術圖3.19（a）

這種移相方式適用于網側為三角形接線的軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器，其電壓相量圖如圖3.19（b）所示。軌道交通牽引供變電技術圖3.19（b）電壓相量圖軌道交通牽引供變電技術圖3.19（b）電壓相量圖

研究分析表明，在上述幾種接線移相方式中，對于網側電壓35kV及以上整流變壓器，廣泛采用延邊三角形接線移相方式，主要因為這種接線方式因移相導致繞組結構變化而增加的等效容量小，價格較便宜。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

當網壓在35kV以上應用時，由于延邊三角形移相和多邊形移相的整流變壓器網側繞組承受的電壓，比曲折形接線移相網側繞組的增大倍（線電壓），前兩者的絕緣必須相應加強，從而使其價格增加，這時曲折形接線移相方式則顯現(xiàn)其優(yōu)勢。在此情況下，應進行綜合的技術經濟比較，以確定選擇最優(yōu)的移相方式。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

2.延邊三角形移相方式整流變壓器網側繞組結構

牽引整流變壓器的網側電壓都在35kV及以下，現(xiàn)結合軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器采用延邊三角形移相方式，分析介紹其網側繞組結構。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

如圖3.20和圖3.21所示分別為延邊三角形接線移相整流變壓器的網側繞組連接示意圖和電壓相量關系圖。圖3.20的主繞組連接組別產生電角度移相，

軌道交通牽引供變電技術圖3.20移相角的網側繞組連接組別與電壓相量軌道交通牽引供變電技術圖3.20移相角的網側繞組

圖3.21的主繞組連接組別產生電角度移相。軌道交通牽引供變電技術圖3.21移相角的網側繞組連接組別與電壓相量軌道交通牽引供變電技術圖3.21移相角的網側繞

眾所周知，變壓器繞組的匝數(shù)與繞組電壓成正比變化，移相整流變壓器設計中首先要根據(jù)網壓計算各種繞組電壓。U1＝UAB＝UBC＝UCA軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

設主繞組電壓為UM＝UA1X＝UB1Y＝UC1Z移相繞組電壓（即內三角形電壓）為UR＝UAA1＝UBB1＝UCC1

在圖3.20（b）和圖3.21（b）中，根據(jù)正弦定理，可得軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

主繞組電壓移相繞組電壓軌道交通牽引供變電技術（3.28）（3.29）軌道交通牽引供變電技術（3.28）（3.29）

在在給定移相角后，根據(jù)式（3.28）和（3.29）的計算結果確定主繞組和移相繞組電壓后，即可計算求得主繞組和移相繞組匝數(shù)，以確定整流變壓器網側繞組的結構。曲折形接線移相方式和多邊形接線移相方式中，各種繞組電壓及其匝數(shù)的計算方法與延邊三角形移相方式的計算方法和步驟類似，此處不再贅述。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

四、硅整流器裝置及其監(jiān)測與保護電路

牽引整流機組的大功率硅整流器主電路由兩個三相全波整流橋組成，整流橋各橋臂則由串并聯(lián)的大功率硅二極管連接而成，可知硅整流器的整流基本單元是大功率二極管及其散熱器和保護器件。由若干整流基本單元按整流主電路進行組裝，并配置數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置、過電壓保護、故障顯示器件、通信接口電路等，即構成完整的大功率硅整流器裝置。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

硅整流器基本整流單元的主要元件是大功率硅二極管，它是由小于1mm厚的硅單晶片平板燒結制成的PN結面接觸型二極管，其熱容量很小，對電流、電壓的變化非常敏感，而且城軌交通的牽引負荷變化劇烈，整流機組承受沖擊負荷產生的過負荷和過電壓的幾率較大，除了整流管元件應具有較強的過負荷、耐過壓能力和高溫下保持性能穩(wěn)定等特性。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

必須按技術條件要求進行嚴格選擇以外，對整流元件和整流器整體電路還應設置專門的過電流、過電壓保護措施與監(jiān)測裝置，在運行中不斷提取、顯示有關信息并實時監(jiān)測，對于保障整流器裝置的穩(wěn)定、安全運行是十分重要的。硅整流器裝置整流元件和系統(tǒng)保護與監(jiān)測電路框圖如圖3.22所示，圖中僅繪出一個整流橋的整流電路和整流元件，以及一個橋臂串、并聯(lián)硅二極管與保護過電流的快速熔斷器連接方式的原理電路。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

軌道交通牽引供變電技術圖3.22硅整流器裝置整流元件和系統(tǒng)保護與監(jiān)測電路框圖PT—溫度傳感器；XMT—溫度控制器；TD—液晶顯示屏；FU—快速熔斷器軌道交通牽引供變電技術圖3.22硅整流器裝置

1.硅二極管及其保護用快速熔斷器的選擇計算

大電流硅二極管是整流器裝置的重要基本元件。整流橋各橋臂串、并聯(lián)的硅二極管數(shù)量、規(guī)格要考慮各種運行條件下的過載能力、特性穩(wěn)定情況和具有必要的安全因素，并根據(jù)生產廠家給定的技術參數(shù)進行選擇計算和校驗來確定。為對硅二極管過負荷進行保護，在每個橋臂支路設有快速熔斷器，如圖3.22所示。國產常用大電流硅二極管的主要技術參數(shù)列于表3.1。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

軌道交通牽引供變電技術表3.1國產常用大電流硅二極管的主要技術參數(shù)*注：指二極管在最高結溫180°C下，允許每秒50次，每次持續(xù)時間不大于10ms，重復施加的反向最大脈沖電壓，亦即額定電壓。軌道交通牽引供變電技術表3.1國產常用大電流

硅二極管的選擇計算按以下原則和規(guī)定技術條件進行：①自然冷卻。硅整流器裝置為自然空氣冷卻，每個或每組二極管配有擠壓鋁合金型材散熱器用以擴大散熱面，硅二極管在自冷條件下的容量約為標準冷卻條件下的1/3。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

②整流器裝置按等效24脈波雙機組整流方式運行。此時整流管導通角為，波形系數(shù)F1＝3.46（波形系數(shù)是導通角為任一角度時的二極管有效電流IF（RMS）和平均電流IF（AV）的比值）。③橋臂并聯(lián)二極管有一只損壞時，整流器能滿足Ⅵ類負載［與牽引整流變壓器相同，見本節(jié)“一、三繞組牽引整流變壓器（2）”］要求，并能承受相應的短路電流。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

（1）整流橋臂串聯(lián)二極管數(shù)量計算與選擇校驗。整流橋臂串聯(lián)二極管數(shù)量ns主要由橋臂承受的反向峰值電壓UAM和二極管的額定重復峰值電壓URM確定，并考慮運行狀態(tài)下的各種影響因數(shù)和裕度。ns由下式計算：軌道交通牽引供變電技術（3.30）軌道交通牽引供變電技術（3.30）式中——串聯(lián)數(shù)；——橋臂承受的反向峰值電壓，；——閥側電壓有效值；——串聯(lián)器件的額定重復峰值電壓，取4400V；——過電壓沖擊系數(shù)，一般取1.3～1.6；——電網電壓升高系數(shù)，一般取1.05～1.1；——電壓的設計裕度，一般取1～2；——均壓系數(shù)，一般取0.8～0.9。

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

【算例1】整流電壓Ud為1500V時，，將各值代入式（3.30）得ns＝0.74，取整數(shù)ns＝1。即選擇二極管串聯(lián)數(shù)為1個（ZP型）。驗算電壓安全系數(shù)，＝2.64，符合要求。（2）整流橋臂并聯(lián)二極管數(shù)量計算與選擇校驗。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術根據(jù)前述Ⅵ類負載等級的要求，計算整流橋臂并聯(lián)二極管數(shù)量時，把2小時過載1.5倍額定電流作為長時額定負載電流，因為此時二極管結溫已穩(wěn)定。因此，按整流器額定容量下的長時額定負載電流1.5Id和單只二極管的平均電流IF(AV)，并考慮并聯(lián)整流橋數(shù)量Kq與單橋導電橋臂數(shù)N，以及并聯(lián)二極管間的均流系數(shù)Ki，即可求得每個橋臂的并聯(lián)二極管數(shù)量np，其計算公式為軌道交通牽引供變電技術根據(jù)前述Ⅵ類負載等級的要求，計算整流橋臂軌道交通牽引

式中，IF(AV)為單只二極管的實際平均電流值，而生產廠家按標準給出的正向平均電流IF(AV)N，即二極管額定電流是在環(huán)境溫度為＋40°C和規(guī)定的冷卻條件下，帶電阻性負荷的單相工頻正弦半波電路中，二極管全導通且穩(wěn)定結溫不超過額定值時所允許的最大正向平均電流。兩者需要換算，很不方便，所以通常采用預判法，先設定數(shù)值，再求出IF(AV)值。軌道交通牽引供變電技術（3.31）軌道交通牽引供變電技術（3.31）

按式（3.31），單只二極管的平均電流IF(AV)由下式確定：式中——額定負載電流；——整流橋并聯(lián)數(shù)，取2；軌道交通牽引供變電技術（3.32）軌道交通牽引供變電技術（3.32）

——均流系數(shù)，0.9；——單橋導電橋臂數(shù)，取3；——二極管并聯(lián)數(shù)?！舅憷?】整流器輸出功率P＝3000kW，其額定電流＝2000A，設＝4，則代入式（3.32）后得（整流器采用等效24脈波整流電路）。

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

此計算值為單只二極管實際工作時的平均電流，折算為有效值：式中——導通角為時的波形系數(shù)（此處考慮一機組故障情況下，按單機組12脈波整流電路運行），取3.46。將F1代入式（3.33）計算得

軌道交通牽引供變電技術（3.33）軌道交通牽引供變電技術（3.33）

上述實際工作時的值，需換算至額定電流下的半波整流狀態(tài)，即導通角為180時單只二極管的平均電流，由下式確定：式中——導通角為180時的波形系數(shù)，取1.57。將F2代入式（3.34）計算得：306A。軌道交通牽引供變電技術（3.34）軌道交通牽引供變電技術（3.34）

所選用的二極管規(guī)格為ZP2600-44（見表3.1）。其（標準冷卻下），按上述技術條件①，則自冷條件下額定平均電流約為867A（由表3.1中查出為2600/3≈867A）。1.5Id、3Id工作電流下安全系數(shù)分別為2.83、1.42，符合要求。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術綜合以上（1）、（2）串、并聯(lián)硅二極管數(shù)量計算與選擇校驗的實例表明：

①3000kW整流器單個橋臂采用4只ZP2600-44二極管并聯(lián)，整流器單個橋臂的串聯(lián)數(shù)為1，完全能滿足運行要求。②在損壞一只二極管的情況下，整流器過載300%時，由于持續(xù)時間很短（1min），散熱器的瞬態(tài)熱阻比其穩(wěn)態(tài)熱阻小得多，因此，允許通過的短時結溫額定電流要比其長時結溫額定電流大得多，一般可達標準冷卻條件下的額定值。軌道交通牽引供變電技術綜合以上（1）、（2）串、并聯(lián)硅二極管數(shù)量軌道交通牽

（3）快速熔斷器選擇計算與校驗。快速熔斷器用來保護硅二極管的快速熔斷，主要按額定電壓和額定電流進行選擇，并應按發(fā)熱條件進行校驗。

①額定電壓。熔斷器額定電壓是指熔斷器分斷時能承受的交流正弦波電壓，UFU選擇遵循的原則：應使熔斷器的交流額定電壓值大于整流變壓器空載線電壓值。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

快速熔斷器額定電壓UFU由下式確定：

UFU＞KbU2

式中UFU——快速熔斷器的額定電壓；U2——閥側電壓，取1180V；Kb——網壓升高系數(shù)，一般取Kb＝1.05。軌道交通牽引供變電技術（3.35）軌道交通牽引供變電技術（3.35）

【算例3】Ud為1500V時，U2＝1180V，則UFU＝1239V。②額定電流。熔斷器的額定電流一般為交流均方根值，并通過相應標準中規(guī)定的溫升試驗及可重復負載試驗證明。選擇快速熔斷器額定電流時應考慮負載電流值、安裝條件和環(huán)境溫度的影響，并根據(jù)生產廠家提供的過載能力曲線進行校驗。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

快速熔斷器額定電流IFU由下式確定：式中——快速熔斷器的額定電流；——實際流過的平均電流；——電流裕度系數(shù)，一般取1.1～1.5；——環(huán)境溫度系數(shù)，一般取1.0～1.2；——波形系數(shù)，取3.46。軌道交通牽引供變電技術（3.36）軌道交通牽引供變電技術（3.36）【算例4】整流器輸出功率P＝3000kW，每個橋臂并聯(lián)二極管數(shù)時，由前述計算得到將有關系數(shù)和值代入式（3.36），得，選擇額定電流為800A的熔斷器可滿足設備運行的要求。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

綜合上述①②的選擇計算結果，并考慮城軌交通地下牽引變電所周圍環(huán)境條件、設備元器件連接過渡電阻、負荷過載等因素的影響，對于P＝3000kW整流器橋臂每個并聯(lián)二極管支路的快速熔斷器，選取為1250V/800A。③快速熔斷器的校驗。通常應進行在最大電流通過時的發(fā)熱計算和校驗，即應能承受浪涌電流通過熔斷器一定時間產生的發(fā)熱，用快速熔斷器的I2t值按下式核算：軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

≤式中——快速熔斷器的熔斷I2t值，由生產廠家給出；IFSM——二極管浪涌電流峰值；

t——二極管承受浪涌電流的半周時間，取5ms。軌道交通牽引供變電技術（3.37）軌道交通牽引供變電技術（3.37）

【算例5】上述每個二極管支路選擇的快速熔斷器1250V/800A，從產品技術規(guī)格中得知其I2t為1.2×106A2s，而由表3.1可知ZP2600-44型二極管的浪涌電流峰值為36.8kA，將有關數(shù)值代入式（3.37）驗算，其結果符合要求。說明所選擇的快速熔斷器技術上是適用的。2.整流器裝置保護設施配置軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術（1）硅二極管快速熔斷器保護。每只二極管串聯(lián)一個快速熔斷器（見圖3.22），當二極管失去單向導通性能時將形成整流變壓器相間短路，回路將產生短路電流，此時由快速熔斷器熔絲熔斷來保護。快速熔斷器帶有接點，熔斷后能給出信號用于報警或跳閘。當一個臂內只有一個快速熔斷器熔斷時，發(fā)出報警信號，超過一個小時發(fā)出跳閘信號。

軌道交通牽引供變電技術（1）硅二極管快速熔斷器保護。軌道交通牽引供變電技術不同橋臂內各只有一個快速熔斷器熔斷時，發(fā)出報警信號。熔斷器狀態(tài)信號采集、各種報警信號、跳閘信號的發(fā)送，由可編程控制器或微機系統(tǒng)構成的集中數(shù)據(jù)采集和檢測系統(tǒng)統(tǒng)一執(zhí)行。（2）交流側（閥側）浪涌過電壓保護。在接通牽引整流變壓器的瞬間，由于變壓器網側繞組的漏抗與閥側繞組的分布電容或抑制電容組成振蕩電路，此時會產生瞬變過程及由此而引起的過電壓。軌道交通牽引供變電技術不同橋臂內各只有一個快速熔斷器熔斷時，發(fā)軌道交通牽引

在嚴重的情況下，若沒有抑制過電壓措施，產生的過電壓峰值可達正常工作電壓峰值的2倍。在變壓器空載或輕載時開斷變壓器的網側繞組，與變壓器繞組的磁化電流成比例的磁通量突然消失，此時閥側繞組也將產生很高的瞬變電壓，當沒有抑制過電壓措施時，其峰值可達工作電壓的8～10倍。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

陰雨天時，由于雷擊更容易在整流變壓器閥側產生很高的瞬間感應過電壓，因此必須采取抑制措施，在交流側加裝氧化鋅壓敏電阻，將過電壓抑制在2倍以下。氧化鋅壓敏電阻的優(yōu)點在于：體積小，功率損耗小，響應速度快，能承受較大的浪涌電流。

根據(jù)設計計算及在廣州等地方的地鐵運行經驗，壓敏電阻選取標稱電壓為2500V，通流容量為50kA，型號為MYG2-2500V-50kA。其連接方式如圖3.23所示。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

軌道交通牽引供變電技術圖3.23交流側保護電路示意圖軌道交通牽引供變電技術圖3.23交流側保護電

（3）整流器裝置直流側過電壓保護。整流器裝置直流側直接輸出至接觸網和動車負載，城軌交通運行工況多變，致使直流側過電壓出現(xiàn)的頻率增多，接觸網建于地面的區(qū)段不可避免地承受雷擊過電壓。直流側裝有快速斷路器，當斷開直流側故障電流以及整流電路二極管換相時，都將產生操作過電壓。另外還有來自負載即動車車輛上的過電壓。

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

若這些過電壓處理不得當，不但會影響整流設備的運行，而且會影響線路中其他高壓電器及地鐵車輛的運行。因此，在整流器直流輸出電路出口處，需設置過電壓保護器件，它由吸收抑制過電壓的并聯(lián)RpC1電路構成，如圖3.24和圖3.25所示。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

軌道交通牽引供變電技術圖3.24直流側保護電路示意圖軌道交通牽引供變電技術圖3.24直流側保護電

軌道交通牽引供變電技術圖3.25整流器裝置交直流側保護、監(jiān)測和信號顯示系統(tǒng)圖1FU11～2FU62—快速熔斷器；Rv1～Rv7—壓敏電阻；PT100—溫度傳感器；XMT—溫度控制器；R1、R2、C1—直流側RC吸收回路電阻、電容；R3～R6—負載電阻；V1—直流電壓表；A1—直流電流表；V2—交流電壓表；D1、D2—前后門照明燈；K1、K2—行程開關；RES—復位按鈕；I1、I2—可編程控制器；TD—液晶顯示屏；DC/DC—電源板；XT—故障輸出端子；NL—逆流保護軌道交通牽引供變電技術圖3.25整流器裝置交其中，C1起儲能和抑平電壓的作用，取值為16F，電壓為3200V；Rp為壓倉電阻，其阻值為3.9k，功率為600W，由R3～R6電阻串并聯(lián)組成以降低損耗，壓倉電阻的作用主要是為C1提供快速釋放能量的放電回路，并能在過電壓過程中穩(wěn)定電壓。壓敏電阻Rv1用來保護電容器，當電壓過高時Rv1阻值接近零，將C1短接，以保護C1不致?lián)p壞。軌道交通牽引供變電技術其中，C1起儲能和抑平電壓的作用，取值為16F，軌道（4）溫度保護。在整流器預測溫度最高的散熱器上設置溫度繼電器，用于檢測二極管散熱器的溫度是否超過允許值，超過允許值時分級發(fā)出報警或跳閘信號。設置報警溫度為100C±5C，跳閘溫度為130C±5C。采用帶PT100熱電阻溫度傳感器的溫度繼電器執(zhí)行溫度保護功能（見圖3.25）。軌道交通牽引供變電技術（4）溫度保護。軌道交通牽引供變電技術（5）整流器逆流保護。整流器設有反向電流的逆流保護，在每個整流橋臂均串聯(lián)有電流傳感器，用來檢測橋臂實時電流，如圖3.25所示。當硅二極管被擊穿導致產生逆向電流時，逆流保護組件發(fā)出逆流保護信號送至PLC監(jiān)測顯示系統(tǒng)，同時發(fā)出跳閘信號將牽引變壓器一次側斷路器和直流輸出側快速斷路器斷路。軌道交通牽引供變電技術（5）整流器逆流保護。軌道交通牽引供變電技術3.整流器裝置控制、信號回路和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測顯示系統(tǒng)整流器裝置的二次回路采用以可編程控制器（PLC）為核心的數(shù)據(jù)采集與檢測、顯示系統(tǒng)，對各種狀態(tài)量進行集中采集、檢測以及數(shù)據(jù)信息的傳送與顯示，包括各個硅二極管的電流大小，整流器輸出直流電流、直流電壓，閥側交流電壓等量值的采集、檢測、顯示和整流器溫度監(jiān)測及其各種保護的動作信號顯示等，如圖3.25所示。軌道交通牽引供變電技術3.整流器裝置控制、信號回路和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測顯軌道交通牽引

該裝置采用數(shù)據(jù)傳輸方式與牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)接口，采用接點方式與各種保護的二次回路接口，并應具有遠方通信功能。通信接口采用標準接口，如RS485或RS422標準串口。控制信號回路和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)的功能如下：（1）控制與信號回路。軌道交通牽引供變電技術該裝置采用數(shù)據(jù)傳輸方式與牽引變電所綜合自軌道交通牽引①硅二極管故障和跳閘控制回路。整流器同一整流橋臂的一個硅二極管故障，或不同整流橋臂的兩個二極管故障時，不影響整流器以100%額定電流運行，此時整流器的交、直流側不跳閘，二極管故障信號通過輸出接點在當?shù)睾瓦h方顯示，并在整流器屏柜面板顯示硅二極管故障所在橋臂的位置。整流器同一整流橋臂的兩個硅二極管同時發(fā)生故障時，通過PLC系統(tǒng)發(fā)出跳閘信號，將牽引整流變壓器一次側斷路器、直流輸出快速斷路器同時斷路，硅二極管故障信號的顯示與上述相同。軌道交通牽引供變電技術①硅二極管故障和跳閘控制回路。整流器同一整流橋臂的一個硅二②整流器溫度報警和跳閘信號顯示。當整流器測試點的溫度超過設定值時，能分級發(fā)出報警和跳閘信號，當?shù)睾瓦h方顯示故障信號。當?shù)仫@示采用自動化裝置，每組12脈波整流器裝設一套，能夠區(qū)分各回路的信號，并能將報警信號送至變電所綜合自動化系統(tǒng)。③壓敏電阻動作報警指示。在整流器直流輸出電路的并聯(lián)Rp、C1過電壓保護中，設置了壓敏電阻Rv1，當產生過電壓時Rv1阻值降為零，其串聯(lián)回路中的熔斷器熔斷，通過PLC發(fā)出熔斷信號，在屏柜和遠方顯示。軌道交通牽引供變電技術②整流器溫度報警和跳閘信號顯示。當整流器測試點的溫度超過設（2）整流器顯示裝置。①整流柜前面板上設置指示燈指示故障類型，設有液晶顯示器，以文字方式顯示故障發(fā)生的具體位置，方便工作人員檢修工作。②故障的報警和跳閘信號經處理后，轉換為接點信號由端子輸出，在面板上顯示。這種故障報警和跳閘信號還通過RS485串行通信口與變電所綜合自動化系統(tǒng)連接，采用開放的通信協(xié)議，波特率可調。軌道交通牽引供變電技術（2）整流器顯示裝置。軌道交通牽引供變電技術③顯示裝置的其他主要功能如下：a.顯示整流器主回路交流電壓、直流電壓和直流電流；b.顯示整流器橋臂硅二極管保護熔斷器熔斷信號及該熔斷器的位置；c.顯示整流器最熱點的溫度；d.顯示控制電源失電報警信號等。

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

可編程控制器具有集成度高、抗干擾能力強、編程簡單、系統(tǒng)便于維護、模塊化結構便于維修等優(yōu)點，文本顯示器能清楚地指示各類故障狀態(tài)，由它構成的二次回路結構簡單，維護方便，具有很高的可靠性。4.硅整流器裝置結構及其設備配置軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術（1）硅整流器的整流橋設備與散熱器、各種傳感器、交直流側過壓保護設施都安裝在整流器設備柜內，3000kW與2700kW均由兩個12脈波整流柜并聯(lián)組成24脈波整流電路裝置。（2）整流器柜體結構如圖3.26所示。采用標準的1200mm×1200mm×2300mm的金屬屏柜；柜體無焊接，全部采用螺栓連接；柜體側板及通道門采用2.5mm厚鋼板，裝在4mm厚鋼板制成的自支持式結構鋼柜架上。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

柜體經電鍍鋅處理，防腐性強，表面靜電塑料噴粉，門頂部為鋁合金眉頭，柜體采用不銹鋼緊固件。柜體的前后門下部開有進氣網孔，上部設有散熱通風孔，兩側封蓋，完全滿足防護等級要求。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

軌道交通牽引供變電技術圖3.26

整流器結構圖（單位：mm）（a）前視圖1—屏柜；3—二極管；4—保護單元；5—接地排；6—外接端子排；8—電流傳感器；10—溫度檢測元件軌道交通牽引供變電技術圖3.26整流器結構圖

軌道交通牽引供變電技術圖3.26

整流器結構圖（單位：mm）（b）后視圖2—壓倉電阻；7—阻容保護板；9—快熔走線支架；11—電壓檢測軌道交通牽引供變電技術圖3.26整流器結構圖

軌道交通牽引供變電技術圖3.26

整流器結構圖（單位：mm）（c）頂視圖軌道交通牽引供變電技術圖3.26整流器結構圖（3）2250kW整流器的兩個三相整流橋分別裝于屏柜的上、下部分，從前后門可以清楚地看到垂直排列的三列元件分上、下兩部分。前門正面放置1、3、5橋臂，后門正面放置4、6、2橋臂。兩個三相橋的對應序號橋臂1U1和2U1、1U3和2U3…并聯(lián)在一起，共陽極或共陰極組成一組整流臂，每組整流臂由一個加工成條狀的散熱器和若干個塊狀的散熱器壓裝上二極管組成，每組整流臂有若干只二極管，每柜共六組整流臂；3000kW整流器將兩個三相整流橋分別置于兩個柜體中，原理同2250kW整流器。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術（4）二極管配鋁合金擠壓型材散熱器，自然空氣冷卻。條狀（公用）散熱器作共陽極（或共陰極）用，整流器每條裝4只或6只二極管，每個塊狀（獨立）散熱器配一個二極管。二極管單元由鋁型材散熱器、管芯、壓緊螺栓、絕緣板、墊塊、鋼球、簧板、螺母組成。（5）交流匯流母排L1、L2、L3、L4、L5、L6及直流輸出母排、集中在屏柜的下方，便于進出線路的配置和安裝。

軌道交通牽引供變電技術（4）二極管配鋁合金擠壓型材散熱器，自然空氣冷軌道交通牽引供（6）整流器交直流側過電壓保護用電阻和電容，以及壓敏電阻器和保護檢測單元，安裝在柜內下方。每臂銅母線上配裝逆流保護用電流傳感器。（7）快速熔斷器一端接至交流母排上，另一端通過銅排與塊狀（獨立）散熱器連接。（8）每組整流臂通過絕緣子安裝于柜體的橫梁上，絕緣子及所有絕緣件均作表面阻燃處理，以保證其對骨架有足夠的絕緣強度。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術第三章牽引供變電電氣主設備原理第二節(jié)牽引整流變壓器與硅整流器結構和技術特性軌道交通牽引供變電技術第三章牽引供變電電氣主設備原理軌道交通牽引供變電技術第二節(jié)牽引整流變壓器與硅整流器結構和技術特性

一、三繞組牽引整流變壓器牽引整流機組中應用的三繞組牽引整流變壓器一般的接線方式為Ydy和Ddy兩種，整流器由兩組并聯(lián)的三相6脈波全波整流器組成。如圖3.12所示為Ddy接線三繞組整流變壓器。軌道交通牽引供變電技術第二節(jié)牽引整流變壓器與硅整流器結構和技術特性軌道交通

軌道交通牽引供變電技術圖3.1212脈波整流機組電路圖軌道交通牽引供變電技術圖3.1212脈波整流其閥側（次邊電壓）星形（y接線）繞組接至一組三相整流橋RCT1，三角形（d接線）繞組接至另一組三相整流橋RCT2，由于整流變壓器閥側星形和三角形繞組對應的線電壓相等，相位差為（星形繞組引前），兩組三相整流橋并聯(lián)連接構成12脈波整流電路。軌道交通牽引供變電技術其閥側（次邊電壓）星形（y接線）繞組接至軌道交通

對于常規(guī)的三繞組整流變壓器，為使上述整流波形平緩，延長整流橋整流管的導電時間，往往在兩組整流橋共陰極輸出電路中串聯(lián)接入較大電抗量的平衡電抗器Lp，如圖3.12所示。圖中、為負載電阻和電抗。軌道交通牽引供變電技術對于常規(guī)的三繞組整流變壓器，為使上述整流軌道交通牽

常規(guī)三繞組牽引整流變壓器與電力系統(tǒng)中通用的三繞組變壓器的鐵心和繞組結構基本相同，兩個二次繞組容量相等，因其向擔負牽引負荷的多相整流電路供電，為適應軌道交通地下建筑環(huán)境的特殊要求，在變壓器絕緣結構、冷卻方式和安全方面的標準更高，要求更為嚴格。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

三繞組牽引整流變壓器的結構和技術特點：

（1）按城軌交通地下工程的要求，牽引整流變壓器絕緣材料采用環(huán)氧樹脂澆注，整體為戶內型、自然風冷干式結構，具有體積?。s為同容量油冷變壓器體積的1/2）、重量輕、噪聲小（額定負荷時小于55dB）、損耗低、防潮性能好、機械強度高、抗負荷沖擊能力強等結構特征和運行特性。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

（2）承擔列車運行啟動、加速頻繁、波動性大的牽引負荷，負荷等級為Ⅵ類（按國家標準），即在100%IN（額定負荷）下保持連續(xù)工作；150%IN時，工作2小時；300%IN時，工作1分鐘；抗短路電流能力為在其次邊完全短路持續(xù)2秒時，應不造成整流變壓器任何熱和機械的損傷，短路后銅導體繞組平均最高溫度應小于350C（短路前為額定負荷）。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

三繞組整流變壓器的重要電氣參數(shù)和等值電路：由于三個繞組在磁路上相互耦合，所以每個繞組都存在自感和該繞組與其他繞組產生磁通交鏈形成的互感，從而任一繞組等值電路的電壓方程中，必然包括繞組本身的自感電動勢和與其他繞組之間的互感電動勢，從這樣一組電壓方程，即可得到三個繞組包括繞組自感電抗和互感電抗在內的組合電抗（或稱等值電抗），如圖3.13所示。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

軌道交通牽引供變電技術圖3.13三繞組整流變壓器組合電抗等值電路圖軌道交通牽引供變電技術圖3.13三繞組整流變

圖中X1、X2和X3是各繞組的組合電抗，而不是漏抗，其值一般通過短路實驗求得。制造廠給出的三繞組整流變壓器的短路阻抗百分值，則是按閥側兩繞組全短路情況下的實驗數(shù)值（其值≤8%）得到的。從上述等值電路圖3.13可知，三個繞組的電路是互相關聯(lián)的，在運行中，一個繞組負荷電流的變化將會影響其他繞組的電壓值。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

二、軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器所謂雙分裂式繞組是指在多繞組牽引整流變壓器中的兩個二次繞組，分裂成額定容量相等的兩個支路，它們在電氣上沒有聯(lián)系，僅有較弱的磁耦合。在牽引供電系統(tǒng)中應用較多的是軸向雙分裂式四繞組三相牽引整流變壓器，它有兩個并聯(lián)的高壓一次繞組和兩個分裂的二次繞組。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

其結構上有軸向布置和徑向布置之分，如圖3.14所示是三相三柱式鐵心結構的三相整流變壓器中一相繞組的軸向布置示意圖。軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變圖中一次繞組分成兩個并聯(lián)的繞組H1和H2，分別對應排列兩個分裂的二次繞組L1和L2，它們沿鐵心上下軸向布置。適當選擇H1、L1和H2、L2之間的距離可調節(jié)兩者之間的阻抗電壓百分數(shù)。

軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組圖中一次繞組分成兩軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙

而徑向布置則是將分裂的二次繞組布置在一次繞組的兩側，將增大鐵心的徑向空間。

軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組而徑向布置則是將軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸

分裂繞組變壓器由于其漏抗增大，在電力系統(tǒng)大型機組發(fā)電廠的廠用電中常用這種分裂繞組變壓器限制短路電流數(shù)值。

軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組分裂繞組變壓器由軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向

在直流牽引供電系統(tǒng)中，采用軸向雙分裂四繞組牽引整流變壓器的目的，在于利用其兩個二次繞組連接的多組三相橋式整流電路并聯(lián)構成的12脈波和24脈波整流裝置中，

軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組在直流牽引供電系軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向由于該類分裂繞組變壓器每相漏抗增大，可取代通用的平衡電抗器的作用（見圖3.12），使整流電壓波形平緩，延長整流橋每個橋臂整流管的導電時間，而在并聯(lián)整流橋的電路中不設平衡電抗器。軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向雙分裂四繞組變壓器的一相繞組由于該類分裂繞組軌道交通牽引供變電技術圖3.14軸向

由于軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器的繞組配置結構與普通多繞組變壓器不同，其等值電路、阻抗參數(shù)和運行特性有較大差別，在軌道交通地下建筑牽引變電所中應用時對其絕緣結構、冷卻方式和安全等方面也有特殊的要求。下面分別給予分析和介紹。

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

1.等值電路和阻抗參數(shù)按圖3.14繞組布置的軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器的簡化等值電路如圖3.15（a）所示，圖中各阻抗均忽略電阻成分。軸向的上、下兩層繞組即L1、H1和L2、H2之間存在中間（過渡）阻抗，設為Xm，并定義該類變壓器不同運行方式下的3種阻抗如下：

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術（1）穿越阻抗XK：閥側（二次繞組）兩個繞組并聯(lián)運行時，該側繞組對不分裂的網側（高壓繞組）繞組間的阻抗。（2）半穿越阻抗Xb：閥側兩個繞組中任一繞組開路，另一繞組對不分裂的網側繞組間的阻抗。（3）分裂阻抗XF：兩個閥側分裂繞組間的阻抗。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

對于圖3.15（a），已知XL1≈XL2≈XH1≈XH2≈XK，可求得中間阻抗Xm為式中——分裂系數(shù)，且；——分裂阻抗。軌道交通牽引供變電技術（3.19）軌道交通牽引供變電技術（3.19）

將圖3.15（a）中A、M、N三點進行星形-三角形阻抗變換，并代入式（3.19），得到與一般三繞組變壓器等值電路形式一致的變換后等值電路，如圖3.15（b）所示。軌道交通牽引供變電技術圖3.15（a）簡化等效電路軌道交通牽引供變電技術圖3.15（a）簡化等效電路

從圖3.15（b）可知，變換后的電路阻抗經整理后化簡為軌道交通牽引供變電技術圖3.15（b）等效電路的變換形式（3.20）軌道交通牽引供變電技術圖3.15（b）等效電路的變換形式

因而，按前述三種阻抗定義對應于變壓器不同運行方式，由圖3.15可得穿越阻抗為軌道交通牽引供變電技術（3.21）（3.22）軌道交通牽引供變電技術（3.21）（3.22）

半穿越阻抗（分別對閥側兩個繞組中之一開路時）為分裂阻抗為軌道交通牽引供變電技術（3.23）（3.24）軌道交通牽引供變電技術（3.23）（3.24）

根據(jù)國產軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器給出的性能數(shù)據(jù)，當變壓器容量為2200kV·A、2750kV·A和3000kV·A時，包含移相繞組在內的有關短路阻抗和其他阻抗參數(shù)如下：短路阻抗（百分比）8%（閥側兩繞組全短路）；分裂阻抗（百分比）≥20%；半穿越阻抗（百分比）6.5%。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

2.軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器的結構在軌道交通地下牽引變電所環(huán)境下，對軸向雙分裂式多繞組牽引整流變壓器在絕緣結構、冷卻方式、安全和機械強度、負荷等級等方面的特殊要求，和前面三繞組牽引整流變壓器結構和技術特點中的（1）、（2）相同。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器在制造上比較復雜，工藝要求和技術指標都較高，而且由于軸向布置的兩個二次分裂繞組之間需增加支撐絕緣材料，另外當二次繞組發(fā)生接地故障時，有很大的故障電流流向該側繞組，將在分裂變壓器鐵心中失去磁的平衡，在其軸向上產生巨大的短路機械應力，必須采用能承受這種巨大機械力的堅實支撐物，從而造成材料費用增大，因此，軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器比同容量的三繞組牽引整流變壓器的價格要昂貴得多。軌道交通牽引供變電技術軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器在制造軌道交通牽軸向雙分裂四繞組（干式）牽引整流變壓器結構如圖3.16所示。軌道交通牽引供變電技術圖3.16軸向雙分裂四繞組（干式）牽引整流變壓器結構圖軸向雙分裂四繞組（干式）牽引整流變壓器結軌道交通牽引

三、牽引整流變壓器的移相原理及其實現(xiàn)

牽引整流機組交流側諧波含量與整流的等效相數(shù)，即與每工頻周期內整流電壓的脈波數(shù)有關。提高整流的等效相數(shù)是抑制諧波的有效措施，而等效多相制的形成則由牽引整流變壓器的移相和牽引整流機組的并聯(lián)組合來實現(xiàn)。等效多相制的等效相數(shù)，在牽引供電系統(tǒng)應用較多的是12相和24相。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術前述三繞組牽引整流變壓器和軸向雙分裂四繞組牽引整流變壓器，利用其Y接線和d接線的兩個二次繞組分別連接至兩組三相整流橋，兩者并聯(lián)構成的整流機組可實現(xiàn)12脈波的6相整流，如采用兩臺相同容量和相同接線方式的牽引整流機組，一臺整流變壓器的一次繞組移相（電角度為＋7.5），另一臺整流變壓器的一次繞組移相（電角度為7.5），兩臺移相整流變壓器及其連接的四組三相整流橋組成一套具有移相作用的12相24脈波牽引整流機組，其閥側同名端線電壓的相位差為（電角度為15）。軌道交通牽引供變電技術前述三繞組牽引整流變壓器和軸向雙分裂四繞軌道交通牽引由于目前實際上都是在軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器結構的基礎上實現(xiàn)移相，以下結合這種整流變壓器介紹其移相方式、實現(xiàn)方法及其移相原理。

軌道交通牽引供變電技術由于目前實際上都是在軸向雙分裂式四繞組牽軌道交通牽引

1.牽引整流變壓器移相方式和移相原理對于大容量的牽引整流變壓器，由于移相的相位角幅度一般不大，最經濟可行的移相方法是利用其本身的三相鐵心和磁路系統(tǒng)，將網側需要移相的每相一次繞組分別設在本相鐵心柱上的主繞組和在三相中其他鐵心柱的移相繞組上，通過主繞組和不同相位匝數(shù)的移相繞組的適當串聯(lián)組合，即可達到移相的目的。通常，按下列不同組合形成幾種不同的移相方式：軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

（1）延邊三角形接線移相方式。三角形接線一次繞組每相的主繞組以外，串聯(lián)增加一段不同匝數(shù)的移相繞組，稱為延邊三角形接線，如圖3.17（a）所示。

軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術圖中原三角形主繞組為A1X、B1Y、C1Z，串聯(lián)接入不同相位的移相繞組后，例如A、X主繞組A1X的延長線上與A1X繞組同相位的移相繞組AA1和C1Z主繞組延長線上與C1Z同相位的移相繞組CX串聯(lián)以后軌道交通牽引供變電技術圖3.17（a）接線圖圖中原三角形主繞軌道交通牽引供變電技術圖3.17（

其AC相繞組的電壓與原三角形繞組A1C1的相電壓相比產生了角的相位移［見圖3.17（b）］。

軌道交通牽引供變電技術圖3.17（b）電壓相量圖其AC相繞組的電壓與原三角形繞組A1C1的相電軌道交

按圖3.17（b），由正弦定律可得則移相電壓：CX＝軌道交通牽引供變電技術（3.25）軌道交通牽引供變電技術（3.25）總相電壓（主繞組電壓＋移相電壓）：故主繞組電壓：

主繞組電壓＝軌道交通牽引供變電技術（3.26）（3.27）軌道交通牽引供變電技術（3.26）（3.27）在給定和移相角的情況下，按式（3.25）～（3.27）即可得到主繞組和移相繞組匝數(shù)。這種移相方式適用于網側為三角形（d）接線的軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術（2）曲折形接線移相方式。曲折形接線移相牽引整流變壓器的結構和接線圖如圖3.18（a）所示，在網側原星形接線一次繞組每相主繞組以外，串聯(lián)接入其他不同相位的移相繞組，其電壓相量之和與原主繞組電壓間即形成移相角α。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術例如圖3.18（b）中，A相繞組與具有反方向C相相位的移相繞組C串聯(lián)構成的總相電壓，同原A相繞組之間產生滯后相位移角。很顯然，這種移相方式適用于網側為星形接線的軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

軌道交通牽引供變電技術（a）接線圖（b）電壓相量圖圖3.18曲折形整流移相變壓器軌道交通牽引供變電技術（a）接線圖（b）電壓相量

（3）多邊形接線移相方式。多邊形接線移相牽引整流變壓器的結構和接線圖如圖3.19（a）所示。它由三相主繞組和三個與主繞組同相位的移相繞組交錯連接形成多邊形接線，其中每相主繞組與相鄰的其他不同相位移相繞組串聯(lián)構成組合繞組，其電壓相量之和同原繞組電壓間即形成移相角α。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術例如，圖3.19（a）中原AB相繞組與反方向AC相位的移相繞組C串聯(lián)構成的總電壓，同原AB相繞組之間產生了滯后相位移α角。軌道交通牽引供變電技術圖3.19（a）接線圖例如，圖3.19軌道交通牽引供變電技術圖3.19（a）

這種移相方式適用于網側為三角形接線的軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器，其電壓相量圖如圖3.19（b）所示。軌道交通牽引供變電技術圖3.19（b）電壓相量圖軌道交通牽引供變電技術圖3.19（b）電壓相量圖

研究分析表明，在上述幾種接線移相方式中，對于網側電壓35kV及以上整流變壓器，廣泛采用延邊三角形接線移相方式，主要因為這種接線方式因移相導致繞組結構變化而增加的等效容量小，價格較便宜。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

當網壓在35kV以上應用時，由于延邊三角形移相和多邊形移相的整流變壓器網側繞組承受的電壓，比曲折形接線移相網側繞組的增大倍（線電壓），前兩者的絕緣必須相應加強，從而使其價格增加，這時曲折形接線移相方式則顯現(xiàn)其優(yōu)勢。在此情況下，應進行綜合的技術經濟比較，以確定選擇最優(yōu)的移相方式。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

2.延邊三角形移相方式整流變壓器網側繞組結構

牽引整流變壓器的網側電壓都在35kV及以下，現(xiàn)結合軸向雙分裂式四繞組牽引整流變壓器采用延邊三角形移相方式，分析介紹其網側繞組結構。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

如圖3.20和圖3.21所示分別為延邊三角形接線移相整流變壓器的網側繞組連接示意圖和電壓相量關系圖。圖3.20的主繞組連接組別產生電角度移相，

軌道交通牽引供變電技術圖3.20移相角的網側繞組連接組別與電壓相量軌道交通牽引供變電技術圖3.20移相角的網側繞組

圖3.21的主繞組連接組別產生電角度移相。軌道交通牽引供變電技術圖3.21移相角的網側繞組連接組別與電壓相量軌道交通牽引供變電技術圖3.21移相角的網側繞

眾所周知，變壓器繞組的匝數(shù)與繞組電壓成正比變化，移相整流變壓器設計中首先要根據(jù)網壓計算各種繞組電壓。U1＝UAB＝UBC＝UCA軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

設主繞組電壓為UM＝UA1X＝UB1Y＝UC1Z移相繞組電壓（即內三角形電壓）為UR＝UAA1＝UBB1＝UCC1

在圖3.20（b）和圖3.21（b）中，根據(jù)正弦定理，可得軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

主繞組電壓移相繞組電壓軌道交通牽引供變電技術（3.28）（3.29）軌道交通牽引供變電技術（3.28）（3.29）

在在給定移相角后，根據(jù)式（3.28）和（3.29）的計算結果確定主繞組和移相繞組電壓后，即可計算求得主繞組和移相繞組匝數(shù)，以確定整流變壓器網側繞組的結構。曲折形接線移相方式和多邊形接線移相方式中，各種繞組電壓及其匝數(shù)的計算方法與延邊三角形移相方式的計算方法和步驟類似，此處不再贅述。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

四、硅整流器裝置及其監(jiān)測與保護電路

牽引整流機組的大功率硅整流器主電路由兩個三相全波整流橋組成，整流橋各橋臂則由串并聯(lián)的大功率硅二極管連接而成，可知硅整流器的整流基本單元是大功率二極管及其散熱器和保護器件。由若干整流基本單元按整流主電路進行組裝，并配置數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置、過電壓保護、故障顯示器件、通信接口電路等，即構成完整的大功率硅整流器裝置。軌道交通牽引供變電技術軌道交通牽引供變電技術

硅整流器基本整流單元的主要元件是大功率硅二極管，它是由小于1mm厚的硅單晶片平板燒結制成的PN結面接觸型二極管，其熱容量很小，對電流、電壓的變化非常敏感，而且城軌交通的牽引負荷變化劇烈，整流機組承受沖擊負荷產生的過負荷和過電壓的幾率較大，除了整流管元