刘德海
中国铁路哈尔滨局集团有限公司调度所供电调度，黑龙江省哈尔滨市 150000
摘要：随着我国科学技术的快速发展，电气化铁路本身迎来了新的发展机遇，尤其是电气化铁路供电用牵引电力变压器的创新发展，对我国铁路运输业的影响尤为明显。对110千伏牵引变电所提供的方案进行了研究。采用两台同型号容量为2×20 000 kVA的变压器，采用三相双绕组接线方式。只需其中一台工作，另一台变压器备用。
关键词：交通运输；变压器；铁路运输；供电系统
电气化铁路作为现代社会常见的交通工具，巧妙地将电能转化为牵引力，从而实现“清洁运输”。但就电气化铁路的牵引供电系统本身而言，它并不能形成能量循环，而只能起到传输的作用。在这种情况下，变压器在系统中的作用就凸显出来了。在电力牵引的供电系统中，牵引变压器不仅可以提供足够的电能，还可以对传输的电能进行转换，保证电能的顺利转换，并在整个电力系统缺乏电能时对电能进行补偿。
1电气化铁路的发展及内部结构
1.1电气化铁路的内部原理
电气化铁路本身由电力机车和牵引供电系统组成。目前，电气化铁路一般分为四种性能系统，即DC系统、三相交流系统、单工频交流系统和单低频交流系统。不同的应用地区和行业有不同的绩效体系，要根据国家的整体经济实力和发展情况来确定。25 kV单相交流系统在我国应用广泛。随着科技的创新，电能将逐步取代其他燃料能源，电气化铁路的发展前景更加光明。
1.2电力牵引
到目前为止，世界各地都对电力牵引技术有了详细的了解，其主要特点是功率大、机车速度快、承载能力强。目前，我国电力牵引系统采用25 kV单相工频交流电，以电力系统中的电厂为电源，通过牵引变电所从电力系统接收电力，然后通过一系列变频和交流过程向电气化铁路供电。
1.3牵引供电系统的原理
牵引供电系统主要包括交流高压输电线路、直接牵引变电所、轨道和回路线等。，具有多种工作模式和工作原理。电气化铁路一般采用三相交流电作为第一供电系统，第一供电系统的作用是发电、变压、传输电能。此外，牵引供电系统的其他部件对电气化铁路的大量负载起牵引作用，从而将电能转化为动能，并通过整个系统提供给电车。其中，电力变压器是最重要的部件，它的主要任务是将三相交流电转换，并将电能传递给电力机车系统。
2牵引供电系统中电力变压器的连接
2.1单向连接变压器
广泛使用的变压器主要有两种，即纯单向变压器和V/V连接变压器。纯单向变压器与高压变电站侧三相电源中的任意两个交流电相连，牵引母线起连接作用，与低压侧绕组首端相连，保证电压输出稳定。为了给供电臂供电，应连接好一段牵引母线。纯单向变压器最大的优点是可以实现100%的材料利用率，这也是它通过绕组与侧电源、侧电机车直接连接的结果。电压/电压连接变压器使用两个单相连接牵引变压器相互作用以形成电压/电压形状。在该变压器的连接过程中将有两个单独的单相。当一台变压器不能正常运行时，另一台变压器将通过一系列动作完成跨相供电。可以看出，V/V连接变压器不仅可以拉动公共供电区域，而且可以提高变压器中的容量利用率，高达100%。
2.2三相接线变压器的接线方式
在牵引变电站中，通常有两个或三个三相连接的变压器，由三个变压器组组成。连接110 kV高压侧的一次绕组形状为星形，连接牵引网的二次绕组形状为三角形。供电臂分别与三角形的两个角相连，另一侧与驱动轨道相连。三角形两角的轨电压不同，应设置电气分相。对于三相变压器，根据地区负荷选择电压互感器时，牵引变压器中的两个绕组可以充分应对负荷。目前这种接线方式在国内非常普遍，在三相电力系统中具有成本低、占地面积小、无电流不对称等优点。但是它也有明显的缺点——三相变压器不能使用无连接轨的一相容量。
2.3三相接线变压器变比的计算
三相变压器的变比是基于三相变压器的一次绕组和二次绕组产生的感应电动势之比，它近似等于一次绕组和二次绕组上的电压之比，也等于一次绕组和二次绕组的匝数N1和N2之比，即:
U1/U2≈E1/E2= N1/N2=KU。(1)
式(1)中:KU为变压器的变比，简称变比。当ku> 1时，变压器降低电源电压，称为降压变压器；当ku< 1时，变压器升高电源电压，称为升压变压器。
三相变压器的换算公式为:
I1/I2=U2/U1=1/KU=KI。(2)
举个实际例子来说明:已知一台三相变压器的额定容量为SN=100 kVA，U1N =10 kV，U2N=380 V，cosφ = 0.8，N2=200，PN，I1N，I2N，N1。
解决方案:PN = SVC OS φ = 100× 0.8 = 80 kW，I1N =SN/(U1N)=100/(3×10)=5.77 A，I2n = SN/(3U2n)= 100000/(3×380)= 151.8 A。
从计算过程中可以看出，三相接线变压器可以使电压比计算更加清晰，有助于供电系统中电力变压器的深入研究。
2.4三相—二相变压器
该变压器有两种连接方式，一种是斯科特连接方式，另一种是木桥连接方式。其中电路等效应用广泛，图1是其等效电路图。
前一个电压平衡方程是:U1 =-E1+I1Z1。(3)转换到一次侧的二次电压平衡方程为:U12 = E12-I12Z12。(4)
电流平衡方程:I0 = I1+I12。(5)
上述等式解决了大多数三相至两相变压器中的等效问题。
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图1三相至两相变压器等效电路图
2.4.1斯科特连接
斯科特接线的作用是改善牵引负荷引起的电力系统不对称。牵引变电所一般有两台单相变压器完成特殊连接。连接时需要保证变压器侧的绕组匝数不相同，二次侧的绕组匝数相同，这样利用匝数比可以使二次侧的电压读数一致。
这种连接方式与V型连接相比，差别不大，但在接触网中左右两侧电压相差90°。这种连接方式很容易使三相电力系统中的负载对称。但是这种接线方式对于变压器来说有特殊的匝数，一旦出现故障，修复起来非常复杂。因此，这种连接模式通常不用于有负载的区域。
2.4.2木桥连接
这种连接方式的效果类似于斯科特连接，也是三相两相的常见形式。其缺点是连接复杂，除了变压器的连接外，还需要一个自耦变压器来辅助，增加了系统维护的难度，提高了成本。
3 V/V接线变压器的应用
在我国牵引变压器的发展过程中，V/V型接线变压器得到了广泛的应用。在220千伏电力系统中，这种类型的连接变压器在电气化铁路中的应用造成的污染较小。目前，环境问题已经引起了全人类的关注，各国都倡导人与自然和谐相处，保护环境。另外，根据相关规定，通过对社会和用户需求的分析，在高可靠性的情况下，供电成本相对较高，这是普通变压器的常见缺陷。但对于V/V接线变压器，这种情况是可以有效避免的，通过合理使用变压器容量可以节省大量费用。一般变压器的最大材料利用率只能达到96%，V/V接线变压器可以使材料利用率达到100%。实际上，电气化铁路供电系统需要大量的变电站，需要更多的变压器。无论从供电成本还是材料利用率来说，V/V接线变压器都是通过简单的施工获得了最大的材料利用率，因此在未来会得到广泛的应用。
结论:
对于铁路运输的发展，电气化铁路供电用牵引变压器的研究非常重要。它的发展可以使电力系统运行越来越稳定，在节能的基础上提高铁路运输的功率，同时对电力系统进行有效补偿，体现了牵引变压器在电气化铁路供电系统中发展的重大意义。
参考文献
［1］王语园.电气化铁道 AT 供电方式牵引回流钢轨电位的分析研究［J］.电子质量，2012（01）.
［2］李自良，陈薇，党平，等.电气化铁道自耦变压器供电方式的原理分析［J］.电气化铁道，1998（03）.