不同接线牵引变压器负序特性及补偿方案研究

摘要

电气化铁路作为一种波动剧烈的大功率单相不平衡负荷，长期存在着功率因数低、注入电力系统的谐波与负序较大等问题。随着近年来电气化铁路的快速发展，电力牵引引发的电能质量问题引起人们越来越多的关注。交-直-交机车的大量使用，大大改善了谐波和功率因数问题，但随着牵引功率的大幅增加，负序问题却变得更加严重。
　　本文给出了目前我国常用的几种牵引变压器的空载电压关系，负载电流关系，负序电流与一二次侧电流关系以及电压输出方程。得到了不同接线牵引变压器对三相电力系统的负序影响。通过神朔重载电气化铁路的现场实测数据，比较了三相V/(v)接线与Scott接线牵引变压器的负序电流特性，说明了在山区重载电气化铁路使用平衡变压器的实际效果。同时根据牵引负荷在波动剧烈时，会在短时间内引起电流、电压幅值突变且变化很大的特点，提出利用基波正序（或负序）分量的变化量来估算系统阻抗和短路容量的方法。杭甬客专沿线的新上虞变电所采用了新型的二次侧中抽式Scott接线变压器，推导出该新型变压器的电气特性并进行验证，通过与相邻的牛汇桥变电所采用的V/X接线变压器相比较，得到了这种新型牵引变压器对负序电流的抑制效果。介绍了目前针对负序的治理技术及常用的无源补偿装置SVC与有源补偿装置SVG的基本工作原理，提出了同相供电的概念。在无功补偿原理的基础上，提出了分别在系统侧与牵引侧安装补偿装置的治理方案并对牵引侧安装补偿装置的方案进行验证。可见要减小牵引负荷注入电力系统的负序电流，安装补偿装置是必不可少的。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 论文的研究背景和意义

1．2 电气化铁道负序治理的国内外现状

1．2．1 轮流换相技术

1．2．2 采用特殊接线形式的牵引变压器

1．2．3 安装补偿装置治理电气化铁道负序

1．2．4 采用同相供电技术

1．3 主要研究内容

2 不同接线牵引变压器的数学模型及负序分析

2．1 单相接线变压器

2．1．1 空载电压关系与负载电流关系

2．1．2 负序电流

2．1．3 电压输出方程

2．2 V／v接线变压器

2．2．1 空载电压关系与负载电流关系

2．2．2 负序电流

2．2．3 电压输出方程

2．3 V／X接线变压器

2．3．1 空载电压关系与负载电流关系

2．3．2 负序电流

2．3．3 电压输出方程

2．4 三相YNd11接线变压器

2．4．1 空载电压关系与负载电流关系

2．4．2 负序电流

2．4．3 电压输出方程

2．5 Scott接线变压器

2．5．1 空载电压关系与负载电流关系

2．5．2 负序电流

2．5．3 电压输出方程

2．6 二次侧中抽式Scott接线变压器

2．6．1 空载电压关系与负载电流关系

2．6．2 负序电流

2．6．3 电压输出方程

2．7 星形延边三角形接线变压器

2．7．1 空载电压关系与负载电流关系

2．7．2 负序电流

2．7．3 电压输出方程

2．8 不同接线牵引变压器的负序特性比较

2．9 本章小结

3 负序的影响及评估标准

3．1 牵引变压器负序电流统一表达式

3．2 负序的影响

3．2．1 负序对电力系统的危害

3．2．2 负序对电网危害实例

3．3 电铁负序限值的依据与标准

3．3．1 三相电压不平衡度

3．3．2 注入邻近发电机的负序电流

3．4 电力系统对电铁负序的评估标准与方法

3．4．1 电铁牵引站接入电网导则

3．4．2 ETAP软件负序分析方法

3．5 本章小结

4 牵引变电所负序电流测试与分析

4．1 神朔重载电气化铁路测试

4．1．1 线路及供电设施概况

4．1．2 测试结果

4．1．3 神朔铁路负序影响分析与讨论

4．1．4 平衡变压器抑制负序电流效果

4．1．5 基于测试数据估算系统阻抗与短路容量的方法

4．2 杭甬客专测试

4．2．1 线路及测试概况

4．2．2 二次侧中抽式Scott接线变压器模型的测试验证

4．2．3 V／X接线变压器模型的测试验证

4．2．4 测试概况与结果

4．2．5 负序特性对比

4．3 本章小结

5 不同接线牵引变压器负序补偿方案研究

5．1 目前的负序治理技术

5．1．1 无源补偿装置SVC

5．1．2 有源补偿装置SVG

5．1．3 基于有源补偿方式的同相供电对称补偿

5．2 安装补偿装置的负序补偿方案

5．2．1 系统侧负序补偿方案

5．2．2 牵引侧负序补偿方案

5．3 补偿方案与验证

5．3．1 三相V／v变压器的牵引侧补偿方案与验证

5．3．2 Scott变压器的牵引侧补偿方案

5．4 本章小结

6 结论与展望

参考文献

作者简历

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