牽引供電系統(tǒng)節(jié)能降耗-選擇容量利用率高的牽引變壓器（高鐵牽引供電系統(tǒng)）

項(xiàng)目六：牽引供電系統(tǒng)節(jié)能降耗01選擇容量利用率高的牽引變壓器知識(shí)點(diǎn)2：變壓器容量利用率問題1：什么是變壓器容量利用率？變壓器容量利用率變壓器的容量利用率是指變壓器的額定輸出容量與額定容量之比?！咀儔浩魅萘坷寐实亩x】變壓器容量利用率問題2：變壓器容量利用率與成本的關(guān)系？變壓器容量利用率變壓器容量利用率改變繞組的接線方式能提高容量的利用率，變壓器的容量利用率成為選用變壓器的結(jié)線形式時(shí)必須考慮的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)參數(shù)。額定輸出容量不變時(shí)，容量利用率低的變壓器就需要更大的額定容量才能滿足牽引負(fù)荷的要求，基本電費(fèi)支出將大大增加。變壓器容量利用率假設(shè)選用三相V,v接線牽引變壓器所需容量為31.5MV·A，如果改用三相YN,d等容量的牽引變壓器，由于其容量利用率只有75.3%，則要達(dá)到與三相V,v接線變壓器相同的輸出容量需要安裝容量為41.8MV·A。如果引入溫度系數(shù)，按容量利用率84%考慮則需要安裝容量37.5MV·A。根據(jù)牽引變壓器額定容量?jī)?yōu)先數(shù)為R10系列的原則，需要選擇容量為40MV·A的牽引變壓器才能滿足負(fù)荷要求。為此，每月所增加的基本電費(fèi)支出如何？【變壓器容量利用率的實(shí)例分析】變壓器容量利用率問題3：什么是R10系列？變壓器額定容量：一般分10個(gè)等級(jí)，即10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，75(MV·A)等。上述容量等級(jí)是按R10標(biāo)準(zhǔn)系列設(shè)計(jì)，即按

(1.2589)的倍數(shù)增加。變壓器容量利用率選用31.5MV·A三相V,v接線牽引變壓器其基本電費(fèi)支出為：每月基本電費(fèi)=31.5×1000×20=630000元=63萬(wàn)元/月每年基本電費(fèi)=63萬(wàn)元/月×12月=756萬(wàn)元【方案一：選用三相V,v接線牽引變壓器】變壓器容量利用率選用40MV·A三相YN,d等容量的牽引變壓器其基本電費(fèi)支出為：每月基本電費(fèi)=40×1000×20=800000元=80萬(wàn)元/月每年基本電費(fèi)=80萬(wàn)元/月×12月=960萬(wàn)元【方案二：三相YN,d等容量的牽引變壓器】變壓器容量利用率由此可知，選用一臺(tái)31.5MV·A三相V,v接線牽引變壓器同樣能夠滿足一臺(tái)40MV·A三相YN,d等容量的牽引變壓器的供電要求，但其一年將節(jié)約基本電費(fèi)支出達(dá)204萬(wàn)元。以全國(guó)電氣化鐵路牽引變壓器的安裝容量來(lái)計(jì)算，現(xiàn)我國(guó)已超過90000公里電氣化鐵路，按平均60公里一個(gè)牽引變電所進(jìn)行初步估算，全國(guó)現(xiàn)有牽引變電所將超過1500個(gè)所，則其節(jié)約的成本數(shù)額將以數(shù)十億元計(jì)。【兩種方案比較結(jié)果】變壓器容量利用率項(xiàng)目六：牽引供電系統(tǒng)節(jié)能降耗01選擇容量利用率高的牽引變壓器知識(shí)點(diǎn)4：純單相接線變壓器純單相接線變壓器高壓繞組跨接于電力系統(tǒng)中的兩相；低壓繞組一端連接牽引側(cè)母線，上引到供電臂，另一端連接軌道及接地網(wǎng)。單相牽引變壓器的高壓繞組兩端都接高壓，兩端的對(duì)絕緣要求相同，且需要采用全絕緣?！具B接形式】【供電方式】

在AT供電方式中，單相牽引變壓的副邊繞組帶中間抽頭。一次側(cè)接電力系統(tǒng)的兩相，二次側(cè)分別接到兩組55kV的牽引母線上。二次側(cè)繞組中間抽頭通過N母線上接到軌道上，并通過放電器接地。純單相接線變壓器【不對(duì)稱度】不對(duì)稱度：是指通過序電流來(lái)度量多相負(fù)荷平衡狀態(tài)的指標(biāo)。不對(duì)稱度的公式：根據(jù)電力系統(tǒng)分析可知，三相電流可分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量，式中，純單相接線變壓器【不對(duì)稱度】對(duì)于單相負(fù)荷而言，有若單相牽引變壓器原邊三相對(duì)稱，且副邊兩供電臂的功率因數(shù)相等，則：

因此,單相接線變壓器的電流不對(duì)稱度為：純單相接線變壓器【容量利用率】容量利用率：衡量變電所運(yùn)行的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。容量利用率的公式：?jiǎn)蜗嘟泳€牽引變壓器的容量利用率為：純單相接線變壓器【純單相接線變壓器的優(yōu)點(diǎn)】1.主接線簡(jiǎn)單2.設(shè)備少3.占地面積小4.投資少純單相接線變壓器5.容量利用率100%【純單相接線變壓器的缺點(diǎn)】1.它不能供應(yīng)地區(qū)和牽引變電所三相負(fù)荷用電。2.牽引負(fù)荷產(chǎn)生較大的負(fù)序電流，對(duì)電力系統(tǒng)造成影響3.接觸線的供電也不能實(shí)現(xiàn)雙邊供電。4.變電所無(wú)三相電源，變電所的所用電需由附近地方電網(wǎng)引入。純單相接線變壓器項(xiàng)目六牽引供電系統(tǒng)節(jié)能降耗01選擇容量利用率高的牽引變壓器知識(shí)點(diǎn)5：?jiǎn)蜗郪/v接線變壓器在單相V/v結(jié)線變壓器接線圖中，兩臺(tái)單相變壓器高壓側(cè)一端分別接電源的不同相，另一端同時(shí)接到另外一相上，故變壓器的高壓側(cè)如同一個(gè)V字。兩臺(tái)變壓器的低壓側(cè)一端分別接各自相連的供電臂，另一端同時(shí)接到鋼軌引回的回流線上，這樣低壓側(cè)也像一個(gè)V字。單相V/v接線變壓器基本原理

不對(duì)稱度計(jì)算電流不對(duì)稱度為

顯然，不對(duì)稱度的范圍：當(dāng)Iab、Ibc達(dá)到額定值Ie時(shí)，有Iab=Ibc=Ie，則額定輸出容量：S=IabUe+IbcUe=2UeIe額定容量：S=2UeIe因此，額定利用率K=100%額定利用率相量圖單相V/v接線，使得變電所從兩相取電，不對(duì)稱程度有了一定的降低，但變電所之間仍需采用換相連接來(lái)達(dá)到三相對(duì)稱的目的。換相連接換相連接可實(shí)現(xiàn)雙邊供電，并能夠提供所用電源容量利用率可達(dá)到100%變電所內(nèi)設(shè)備簡(jiǎn)單，投資小單相V/v接線變壓器優(yōu)點(diǎn)在正常工作時(shí)，兩臺(tái)變壓器均投入運(yùn)行為了保證可靠性，只能采用移動(dòng)備用的方式當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或檢修時(shí)，變壓器的調(diào)運(yùn)和投入時(shí)間較長(zhǎng)，且需要必須跨相供電單相V/v接線變壓器缺點(diǎn)項(xiàng)目六：牽引供電系統(tǒng)節(jié)能降耗01選擇容量利用率高的牽引變壓器案例：基本電費(fèi)的計(jì)算分析案例：基本電費(fèi)的計(jì)算分析某牽引變電所1995年投運(yùn)時(shí)采用的是YN/d11結(jié)線牽引變壓器，容量為25000kV·A，運(yùn)行至1998年時(shí)因過負(fù)荷頻繁，將該牽引變壓器更換為相同結(jié)線型式容量為31500kV·A的變壓器，至2006年又因容量不夠而更換為容量32000kV·A的三相V/V結(jié)線變壓器?！締栴}情境】年份牽引變壓器結(jié)線形式牽引變壓器容量(kV·A)1995YN/d1125000kV·A1998YN/d1131500kV·A2006三相V/v32000kV·A

【問題1】1.

2006年擴(kuò)容時(shí)，更換的變壓器容量為32000kV·A，與1998年的安裝容量31500kV·A基本相同，這是為什么？案例：基本電費(fèi)的計(jì)算分析案例：基本電費(fèi)的計(jì)算分析【問題分析】年份牽引變壓器結(jié)線形式牽引變壓器容量(kV·A)容量利用率實(shí)際輸出容量(kV·A)1995YN/d1125000kV·A75.6%189001998YN/d1131500kV·A75.6%238142006三相V/v32000kV·A100%32000雖然兩臺(tái)牽引變壓器的額定容量相差不大，但因其結(jié)線方式不同，變壓器容量利用率不同，二者實(shí)際的額定輸出容量相差很大。

【問題2】2.按額定輸出容量為32000kV·A計(jì)算，如果同樣更換為YN/d11結(jié)線的牽引變壓器，需要多大的額定容量？一年要增加多少運(yùn)行成本？案例：基本電費(fèi)的計(jì)算分析案例：基本電費(fèi)的計(jì)算分析【問題分析】如果同樣更換為YN/d11結(jié)線的牽引變壓器，則需要的額定容量=32000/75.6%=42328kV·A考慮溫度系數(shù)，則所需要的額定容量=32000/84%=38095kV·A，根據(jù)變壓器的容量規(guī)格宜選40000kV·A。

【問題3】3.如果該32000kV·A的三相V/V結(jié)線變壓器更換總價(jià)為210萬(wàn)元/臺(tái)，則需多長(zhǎng)時(shí)間才能用節(jié)省的成本收回投資？案例：基本電費(fèi)的計(jì)算分析案例：基本電費(fèi)的計(jì)算分析【問題分析】一年需要增加的運(yùn)行成本(基本電費(fèi)支出)=(40000-32000)×20元/月×12月=1920000元=192萬(wàn)元。反過來(lái)，采用三相V/V結(jié)線變壓器，一年可節(jié)省運(yùn)行成本192萬(wàn)元。210萬(wàn)元/臺(tái)×2臺(tái)÷192萬(wàn)元=2.19年項(xiàng)目六牽引供電系統(tǒng)節(jié)能降耗01選擇容量利用率高的牽引變壓器知識(shí)點(diǎn)1：電費(fèi)與基本電費(fèi)基本電費(fèi)電度電費(fèi)基本電費(fèi)功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)根據(jù)《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定，對(duì)實(shí)行兩部電價(jià)收費(fèi)的用戶，每月電費(fèi)是由電度電費(fèi)、基本電費(fèi)和功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)三部分之和構(gòu)成。基本電費(fèi)基本電費(fèi)也叫固定電費(fèi)或準(zhǔn)備費(fèi)。供電企業(yè)必須經(jīng)常為客戶準(zhǔn)備著一定的發(fā)供電設(shè)備，不論客戶用電量多少或用電與否，都必須時(shí)刻為滿足客戶的用電需要而支付一定的容量成本。按容量計(jì)算就是以客戶接入電網(wǎng)的能同時(shí)使用的專用變壓器(含不通過變壓器的高壓電動(dòng)機(jī))的總?cè)萘砍艘再M(fèi)率來(lái)計(jì)算以客戶當(dāng)期每15分鐘的平均最大用電負(fù)荷的最大者乘以費(fèi)率來(lái)計(jì)算，每15分鐘記錄一個(gè)最大平均負(fù)荷，每個(gè)月取這些記錄中最大的一個(gè)負(fù)荷來(lái)計(jì)費(fèi)，如最大需量低于變壓器容量總和的40%時(shí)，則按容量總和的40%計(jì)算基本電費(fèi)基本電費(fèi)可按變壓器容量計(jì)算，也可按最大需量計(jì)算。問題1：基本電費(fèi)常用計(jì)費(fèi)方式？按變壓器容量計(jì)算簡(jiǎn)單易行，目前鐵路牽引用電多數(shù)是按變壓器額定容量計(jì)收基本電費(fèi)?；倦娰M(fèi)基本電費(fèi)=80萬(wàn)kV·A×20元/kV·A=1600萬(wàn)元一年繳納基本電費(fèi)1600萬(wàn)元/月×12月=19200萬(wàn)元基本電費(fèi)某鐵路供電段共有牽引變電所25座，總的牽引變壓器安裝容量(注：備用變壓器容量不計(jì)費(fèi)，因此安裝容量也指運(yùn)行容量)為80萬(wàn)kV·A。該段支付多少基本電費(fèi)？基本電費(fèi)基本電費(fèi)通常是按月收的，但在有些情況下是按天計(jì)收的。《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》第八十四條規(guī)定：“基本電費(fèi)以月計(jì)算，但新裝、增容、變更與終止用電當(dāng)月的基本電費(fèi)，可按實(shí)用天數(shù)(日用電不足24小時(shí)的，按一天計(jì)算)，每日按全月基本電費(fèi)的三十分之一計(jì)算。事故停電、檢修停電、計(jì)劃限電不扣減基本電費(fèi)?！表?xiàng)目六牽引供電系統(tǒng)節(jié)能降耗01選擇容量利用率高的牽引變壓器知識(shí)點(diǎn)3：接線組別繞組標(biāo)記繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點(diǎn)首端末端首端末端高壓繞組AXA、B、CX、Y、ZN低壓繞組axa、b、cx、y、zn聯(lián)結(jié)法繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點(diǎn)首端末端首端末端高壓繞組U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n繞組標(biāo)記（2）聯(lián)結(jié)法①星形聯(lián)結(jié)把三相繞組的三個(gè)末端連在一起，而把它們的首端引出三個(gè)末端連接在一起形成中性點(diǎn)，如果將中性點(diǎn)引出，就形成了三相四線制了，表示為YN或yn。順時(shí)針方向：A超前B超前C各120o兩種三相繞組接線把一相的末端和另一相的首端連接起來(lái)，順序連接成一閉合電路。兩種接法：AX-BY-CZAX-CZ-BY兩種三相繞組接線②三角形聯(lián)結(jié)①Y，y或YN，y或Y，yn②Y，d或YN，d③D，y或D，yn④D，d高壓繞組接法大寫，低壓繞組接法小寫，字母N、n是星形接法的中點(diǎn)引出標(biāo)志。繞組接法表示變壓器的同一相高、低壓繞組都是繞在同一鐵芯柱上，并被同一主磁通鏈繞，當(dāng)主磁通交變時(shí)，在高、低壓繞組中感應(yīng)的電勢(shì)之間存在一定的極性關(guān)系。1.高低壓繞組中電勢(shì)的相位同名端決于繞組的繞制方向聯(lián)結(jié)組在任一瞬間，高壓繞組的某一端的電位為正時(shí)，低壓繞組也有一端的電位為正，這兩個(gè)繞組間同極性的一端稱為同名端，記作“·”。聯(lián)結(jié)組I,I表示初級(jí)、次級(jí)都是單相繞組，0和6表示聯(lián)結(jié)組號(hào)。單相變壓器的標(biāo)準(zhǔn)連接組I,I0舉例單相變壓器聯(lián)結(jié)組別：反映三相變壓器連接方式及一、二次線電動(dòng)勢(shì)（或線電壓）的相位關(guān)系。三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān)，而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。理論和實(shí)踐證明，無(wú)論采用怎樣的連接方式，一、二次側(cè)線電動(dòng)勢(shì)（電壓）的相位差總是30o的整數(shù)倍。三相變壓器的連接組別①根據(jù)三相變壓器繞組聯(lián)結(jié)方式（Y或y、D或d）畫出高、低壓繞組接線圖；②在接線圖上標(biāo)出相電勢(shì)和線電勢(shì)的假定正方向；③畫出高壓繞組電勢(shì)相量圖，根據(jù)單相變壓器判斷同一相的相電勢(shì)方法，將A、a重合，再畫出低壓繞組的電勢(shì)相量圖（畫相量圖時(shí)應(yīng)注意三相量按順相序畫）；④根據(jù)高、低壓繞組線電勢(shì)相位差，確定聯(lián)結(jié)組別的標(biāo)號(hào)。三相變壓器的連接組別CBACBAX、Y、Zabcx、y、zéABéabYy0Yy聯(lián)結(jié)的三相變壓器，共有Yy0、Yy4、Yy8、Yy6、Yy10、Yy2六種聯(lián)結(jié)組別，標(biāo)號(hào)為偶數(shù)。若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié)y4、Yy8連接組別。若異名端在對(duì)應(yīng)端，可得到Y(jié)y6、Yy10和Yy2連接組別?！覈?guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生產(chǎn)：Yyn0、YNy0、Yy0Yy總結(jié)330oACBcxbzayèabX、Y、ZYd11Yd聯(lián)結(jié)的三相變壓器，共有Yd1、Yd5、Yd9、Yd7、Yd11、Yd3六種聯(lián)結(jié)組別，標(biāo)號(hào)為奇數(shù)。若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),d3、Y,d7連接組別。若異名端在對(duì)應(yīng)端，可得到Y(jié)，d5、Y,d9和Y,d11連接組別?！覈?guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生產(chǎn)：Yd11、YNd11Yd聯(lián)結(jié)組別總結(jié)繞組的極性只表示繞組的繞法，與繞組的首、末端標(biāo)志無(wú)關(guān)；高、低壓繞組的相電動(dòng)勢(shì)均從首端指向末端，線電動(dòng)勢(shì)由A指向B；同一鐵心柱上的繞組，首端為同極性時(shí)相電動(dòng)勢(shì)相位相同，首端為異極性時(shí)相電動(dòng)勢(shì)相位相反。用相量圖判定變壓器的連接組別時(shí)應(yīng)注意為了避免制造和使用上的混亂，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)單相雙繞組電力變壓器只有II0聯(lián)結(jié)組別一種。對(duì)三相雙繞組電力變壓器規(guī)定只有Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0五種。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組別Yyn0——三相四線制配電系統(tǒng)中，供電給動(dòng)力和照明的混合負(fù)載；Yd11——低壓高于0.4kV的線路中；YNd11——110kV以上的中性點(diǎn)需接地的高壓線路中；YNy0——原邊需接地的系統(tǒng)中；Yy0——供電給三相動(dòng)力負(fù)載的線路中。最常用標(biāo)準(zhǔn)組別的應(yīng)用項(xiàng)目六：牽引供電系統(tǒng)節(jié)能降耗01選擇容量利用率高的牽引變壓器知識(shí)點(diǎn)6：三相V/v接線變壓器三相V/v接線變壓器【接線形式】圖1三相V/v接線變壓器的接線形式三相V/v接線牽引變壓器的接線形式為將兩臺(tái)V，V結(jié)線的單相變壓器安裝在同一油箱內(nèi)，所以可視為單相變壓器結(jié)線。相三相V/v接線牽引變壓器接線方式類同單相V/v接線，將兩臺(tái)單相變壓器放到同一油箱內(nèi)。將一個(gè)高壓繞組的X1端和另一個(gè)高壓繞組的A2端連接在一起，構(gòu)成公共端，另兩端A1和X2引出到高壓接線端子。低壓繞組的四個(gè)端子分別引出到四個(gè)接線端子?！窘泳€特點(diǎn)】三相V/v接線變壓器【換相連接】三相V/v接線變壓器的不平衡度同單相V/v接線變壓器是一樣的，因而需要通過換相解決該問題，如下圖所示。

三相V/v接線變壓器的換相連接三相V/v接線變壓器【三相V/v接線變壓器的優(yōu)點(diǎn)】保持了單相V/v接線牽引變電所的優(yōu)點(diǎn)，克服了其缺點(diǎn)。解決了單相V/v接線牽引變電所不便于采用固定備用及自動(dòng)投入的問題。同時(shí)2臺(tái)變壓器的容量可以相等也可以不等；副邊電壓可以相等也可以不相等，提高了供電的靈活性。

三相V/v接線變壓器銘牌三相V/v接線變壓器【三相V/v接線牽引變電所實(shí)景】三相V/v接線變壓器項(xiàng)目六牽引供電系統(tǒng)節(jié)能降耗01選擇容量利用率高的牽引變壓器知識(shí)點(diǎn)7：三相Y/d接線變壓器三相牽引變壓器均為雙繞組油浸變壓器。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定三種形式為標(biāo)準(zhǔn)接線，即Y/d11，Y/yn12，YN/d11。牽引變電所采用其中YN/d11接線，原邊電110KV(220KV)，副邊電壓27.5KV。三相牽引變壓器以YN/d11為例：Y—原邊星形接線(大寫)；N—原邊帶中性點(diǎn)引出線d—副邊△形接線；11—為接線組別，用于表示副邊電壓與其對(duì)應(yīng)的原邊電壓之間的相位關(guān)系。三相牽引變壓器次邊輸出電壓關(guān)系供應(yīng)牽引網(wǎng)兩臂負(fù)荷的電壓Uac和Ubc相差60°，即也是60°接線。這種接線的一大優(yōu)點(diǎn)就是接觸網(wǎng)兩不同相供電臂間的電壓差仍為單倍供電臂電壓。如為120°時(shí)，則二者之差為√3倍，不利于接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行。三相牽引變壓器次邊輸出電壓關(guān)系Ubc①兩接地相繞組bc、ac(