[科普中国]-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。

牵引变压器 是一种特殊电压等级的电力变压器，应满足牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁的要求，是牵引变电所的“心脏”。我国牵引变压器采用三相、三相——二相和单相三种类型，因而牵引变电所也分为三相、三相——二相和单相三类。

分类标准1、按相数分：

单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。

三相变压器：用于三相系统的升、降电压。

2、按冷却方式分：

干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容 量变压器。

油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

3、按用途分：

电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。

仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。

试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。

特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等。

4、按绕组形式分：

双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。

三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。

自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。

5、按铁芯形式分：

芯式变压器：用于高压的电力变压器。

壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。1

工作原理变压器的工作原理和分析：变压器---利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件。

1、单相结线变压器原理：

牵引变压器的原边跨接于三相电力系统中的两相；副边一端与牵引侧母线连接，另一 端与轨道及接地网连接。牵引变压器的容量利用率高，但其在电力系统中单相牵引负荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。所以，这种结线只适用于电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。另外，单相牵引变压器要按全绝缘设计制造。

2、单相V,v结线变压器（三相）原理：

将两台单相变压器以V的方式联于三相电力系统每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两变压器次边绕组，各取一端联至牵引变电所两相母线上。而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时，两臂电压相位差60o接线，电流的不对称度有所减少。这种接线即通常所说的60o接线。（三相） 原理：将两台容量相等或不相等的单相变压器器身安装于同一油箱内组成。原边绕组接成固定的V结线，V的顶点（A2与X1连接点）为C相，A1，X2分别为A相，B相。副边绕组四个端子全都引出在油箱外部，根据牵引供电的要求，既可接成正“V”，也可接成反“V”。

3、三相YN，d11双绕组变压器原理：

三相YN，d11结线牵引变压器的高压侧通过引入线按规定次序接到110kV或220kV，三相电力系统的高压输电线上；变压器低压侧的一角c与轨道，接地网连接，变压器另两个角a和b分别接到27.5kV的a相和b相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂供电，两臂电压的相位差为60o，也是60o接线。因此，在这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。

4、斯科特结线变压器原理：

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。

5、YN， 结线阻抗匹配牵引变压器原理：

副边绕组三角形结线结构即在非接地相增设两个外移绕组 。内三角形接线的一角c与轨道，接地网连接。 两端分别接到牵引侧两相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂牵引网供电。

6、YN， 结线平衡变压器原理：根据平衡变压器的工作原理，要求：

① 原边接三相对称电源电压时，副边二相输出端口空载电压对称（即大小相等，相位差为90o）

② 副边二相输出端口带相同负载时，原边三相电流对称。

YN，结线阻抗匹配牵引变压器，虽然满足了上述需要和要求，但是平衡绕组 （或 ）与a（或b，c）绕组的匝数比 和阻抗匹配系数 都是固定值。一般来说，绕组匝数的配合比较容易。而无论从设计上还是制造工艺上来讲，要得到预先确定的某一阻抗匹配系数都是相当困难的。YN， 结线阻抗匹配平衡变压器的要求 ，在设计上和制造工艺上的难度是不言而喻的。

7、 非阻抗匹配YN， 结线平衡变压器原理：

在前面所述的YN， 结线平衡变压器中，当 时，不需要专门进行阻抗匹配，按结构对称性布置绕组，就可以使该变压器达到平衡。这是YN， 结线平衡变压器取 的特例。由于它不需要专门进行阻抗匹配，所以称为非阻抗匹配YN， 结线平衡变压器。1

优缺点1、单相结线变压器

优点：容量利用率可达100%；主接线简单，设备少，占地面积小，投资少。

缺点：不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电，在电力系统中，单相牵引负荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。

适用于：电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠的由地方电网得到供应的场合。

2、单相V,v结线变压器（三相）

单相：

优点：主结线较简单，设备较少，投资较省。对电力系统的负序影响比单相结线少。对接触网的供电可实现双边供电。

缺点：当一台牵引变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左右两边供电臂的牵引网。这就需要一个倒闸过程，即把故障变压器原来承担的供电任务转移到正常运行的变压器。在这一倒闸过程完成前，故障变压器原来供电的供电臂牵引网中断供电，这种情况甚至会影响行车。即使这一倒闸过程完成后，地区三相电力供应也要中断。牵引变电所三相自用电必须改用劈相机或单相－三相自用变压器供电。实质上变成了单相结线牵引变电所，对电力系统的负序影响也随之增大。

三相：

优点：保持了单相V,v结线变压器的主要优点，完全克服了单相V,v结线变压器缺点。最可取的是解决了单相V,v结线变压器不便于采用固定备用及其自动投入的问题，有利于实现分相有载或无载调压。

3、三相YN，d11双绕组变压器

优点：牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力。在两台牵引变压器并联运行情况下，当一台停电时，供电不会中断，运行可靠方便。三相YN，d11双绕组变压器在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格便宜。对接触网的供电可实现两边供电。

缺点：牵引变压器容量不能得到充分利用，只能达到额定容量的75.6%，引入温度系数也只能达到84%，与采用单相结线牵引变压器的牵引变电所相比，主接线要复杂一些，用的设备，工程投资也较多，维护检修工作量及相应的费用也有所增加。

适用于：山区单线电气化铁路牵引负载不平衡的场所。

4、斯科特结线变压器

优点：当M座和T座两供电臂负荷电流大小相等，功率因素也相等时，斯科特结线变压器原边三相电流对称。变压器容量可全部利用。（用逆斯科特结线变压器把对称两相电压变换成对称三相电压）。对接触网的供电可实现两边供电。

缺点：斯科特结线牵引变压器制造难度较大，造价较高。牵引变电所主结线复杂，设备较多，工程投资也较多。维护检修工作量及相应的费用有所增加。而且斯科特结线牵引变压器原边T接地（O点）电位随负载变化而产生漂移。严重时有零序电流流经电力网，可能引起电力系统零序电流继电保护误动作，对邻近的平行通信线可能产生干扰，同时引起牵引变压器各相绕组电压不平衡，而加重绕组的绝缘负担。为此，该结线牵引变压器的绝缘水平要采用全绝缘。

5、YN， 结线阻抗匹配牵引变压器

优点：当阻抗匹配系数 时，无论副边 或 ，原边三相电流平衡，即无零序电流。当副边 ， 时，原边三相电流对称，没有负序电流对电力系统的影响。原边三相制的视在功率完全转化为副边二相制的视在功率，变压器容量可全部利用。原边仍为YN结线，中性点引出，与高压中性点接地电力系统匹配方便。副边仍有△结线绕组，三次谐波电流可以流通，使主磁通和电势波形有较好的正旋度。利用斯科特结线变压器把对称两相电压变换成对称三相电压。对接触网的供电可实现两边供电。

缺点：设计计算及制造工艺复杂，造价较高。 两供电臂之间的分相绝缘器两端承受的电压为 ，因此，分相绝缘器的绝缘应注意加强。

适用于：牵引变电所自用电和站区三相电力。

6、YN， 结线平衡变压器

优点：其阻抗匹配系数在一定范围内任意选取，因而使变压器的设计和制造更加方便。阻抗匹配系数取值的灵活性对绕组布置具有重要意义。

缺点：需要考虑减小电磁力，环流等问题。

7、非阻抗匹配YN， 结线平衡变压器

优缺点与YN， 结线阻抗匹配牵引变压器基本相同，但还存在若干不同点：

非阻抗匹配YN， 结线平衡变压器与YN， 结线阻抗匹配牵引变压器分别是YN， 结线阻抗匹配牵引变压器取 与 的特例。在YN， 结线平衡变压器中，前者不需要专门进行阻抗匹配，绕组布置最容易，设计制造最方便；后者绕组设计条件最苛刻，设计制造最困难； 取其他值的情况则介于二者之间。2

使用方法在制造牵引变压器时，使用 NOMEX 绝缘纸后需采取以下措施。

（1）加强对变压器绕组温升的计算，严格控制绕组温升。

（2）使用模拟计算软件对变压器内部的温度进行模拟计算，为确定 NOMEX 绝缘纸和普通绝缘纸 2 种材料的分界提供依据，根据Satons变压器油本身特征，合理地确定上述 2 种材料的使用界限，避开油和普通绝缘纸裂解、绝缘电击穿或热击穿的危险。

（3）增加和改善线圈内的油路，以降低变压器油的温升，避免油裂解。

（4）改善外部冷却系统，增加变压器的冷却能力，降低变压器正常负荷时的温升。

（5）改进内线圈在圆周上的支撑，使变压器能承受高过载及短路时产生的机械压力。2

应用对于轨道车辆来说，牵引变压器是最重要的设备之一，是整个电力牵引系统最核心的部分，确保火车头、高铁等轨道车辆稳定运行。过去一个世纪以来，牵引变压器常常用于铁路牵引，被认为是传统燃油牵引系统的最佳选择。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学