牵引变电系统教学牵引变压器的计算容量学习教案.pptx

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1、会计学1牵引变电系统教学牵引变电系统教学(jio xu)牵引变压器牵引变压器的计算容量的计算容量第一页，共54页。2-3 变压器的计算容量 牵引变压器的计算容量是按正常运行时的列车对数N、带电运行时间tui等条件求出的主变压器供应牵引负荷所必须的最小容量。变压器的计算公式为S=UI，式中U是变压器的额定电压，I是变压器绕组的有效电流。对不同接线方式的变压器，其负荷计算除了按前述两个计算条件外，都应该(ynggi)将负荷电流变换成变压器绕组的有效电流，然后用绕组有效电流计算变压器的容量。第1页/共54页第二页，共54页。2-3 牵引(qinyn)变压器的计算容量2-3-1 不同(b tn)结线方

2、式变压器的绕组有效电流2-3-2 牵引变压器计算容量的确定第2页/共54页第三页，共54页。2-3-1 不同结线方式变压器的绕组有效电流不同结线方式变压器的绕组有效电流 计计算算变变压压器器绕绕组组有有效效电电流流，首首先先要要明明确确供供电电臂臂负负荷荷在在变变压压器器采采用用不不同同结结线线方方式式时时在在变变压压器器绕绕组组中中的的分分配配关关系系。这这样样就就可可以以用用供供电电臂有效电流和平均电流求得变压器绕组的有效电流。臂有效电流和平均电流求得变压器绕组的有效电流。1、三相、三相YN，d11结线牵引变压器重负荷绕组的有效电流结线牵引变压器重负荷绕组的有效电流 在在变变电电所所运运行

3、行中中，两两供供电电臂臂负负荷荷大大小小相相等等的的概概率率(gil)几几乎乎为为零零。对对于于三三相相变变压压器器，通通常常在在低低压压侧侧三三角角绕绕组组中中的的三三相相电电流流是是不不均均匀匀的的，即即有有重重负负荷荷相相与与轻轻负负荷荷相相之之分分。计计算算时时应应以以重重负负荷荷绕绕组组中中的的有有效效电电流流确确定定其其容容量量。设设供供电电臂臂a的的有有效效电电流流大大于于供供电电臂臂b的的有有效效电电流流，按按牵牵引引负负荷荷在在三三角角接接绕绕组组中中的的电电流流分分布布如如图图2-6所所示示，则则绕绕组组ca中的电流为：中的电流为：第3页/共54页第四页，共54页。取取ic

4、a2的平均值有：的平均值有：两边同时开方则重负荷绕组两边同时开方则重负荷绕组ca的有效的有效(yuxio)电流电流Icae可按下式计算：可按下式计算：或或用用近近似似(jn s)式计算：式计算：(2.52)(2.52.1)第4页/共54页第五页，共54页。2、单相、单相(dn xin)结线牵引变压器绕组的有效电流结线牵引变压器绕组的有效电流 （1）单单相相(dn xin)结结线线牵牵引引变变压压器器供供给给一一个个供供电电臂臂时，绕组有效电流可按下式计算：时，绕组有效电流可按下式计算：(2.49)（2）单单相相(dn xin)结结线线牵牵引引变变压压器器供供给给二二个个供供电电臂臂时时，绕绕组

5、组有有效电流效电流IIe为：为：(2.50)3、V，V结线牵引变压器绕组的有效电流结线牵引变压器绕组的有效电流 V，V结结线线牵牵引引变变压压器器是是由由两两台台单单相相牵牵引引变变压压器器联联接接而而成成，每每台台变变压压器器负负责责一一个个供供电电(n din)臂臂的的供供电电(n din)任任务务，故故其其绕绕组组有有效效电流即为馈线有效电流，即：电流即为馈线有效电流，即：(2.51)第5页/共54页第六页，共54页。4、斯科特变压器的绕组、斯科特变压器的绕组(roz)有效电流有效电流 （1）单单相相结结线线牵牵引引变变压压器器供供给给一一个个供供电电臂臂时时，绕绕组组(roz)有效电流

6、可按下式计算：有效电流可按下式计算：5、阻抗平衡变压器绕组有效电流、阻抗平衡变压器绕组有效电流 其低压其低压(dy)侧供电臂绕组的有效电流为：侧供电臂绕组的有效电流为：(2.55)(2.53)第6页/共54页第七页，共54页。3-3-2 牵引变压器计算容量的确定牵引变压器计算容量的确定 1、三相、三相(sn xin)YN，d11结线变压器结线变压器 由由于于牵牵引引负负荷荷在在三三相相(sn xin)变变压压器器三三角角侧侧各各相相绕绕组组中中的的负负荷荷电电流流分分配配不不均均，如如果果三三相相(sn xin)负负荷荷均均被被最最大大一一相相负负荷荷来来确确定定三三相相(sn xin)变变压

7、压器器容容量量，将将使使变变压压器器的的温温升升低低于于额额定定值值，也也即即变变压压器器油油的的温温升升尚尚有有裕裕量量。为为考考虑虑这这一过负荷能力，引入一个温度系数一过负荷能力，引入一个温度系数Kt，一般取，一般取Kt=0.9。设设I1eI2e，则，则S为：为：(2.60)用近似用近似(jn s)公式简化计算为：公式简化计算为：(2.61)第7页/共54页第八页，共54页。2、单相、单相(dn xin)结线变压器结线变压器 （1）当单相）当单相(dn xin)变压器只供一个电臂时，其计算容量为：变压器只供一个电臂时，其计算容量为：(2.58)3、V，V结线变压器结线变压器 V/V结结线线

8、变变压压器器，己己知知由由两两台台单单相相变变压压器器联联接接成成开开口口三三角角形形，其其两台变压器容量两台变压器容量(rngling)分别为：分别为：(2.57)（2）当当单单相相(dn xin)变变压压器器供供二二个个供供电电臂臂时时，其其计计算容量为：算容量为：(2.59)第8页/共54页第九页，共54页。例：已知IR=180A，IL=200A，KF=1.35，求单相变压器计算(j sun)容量。解：第9页/共54页第十页，共54页。4、斯科特变压器、斯科特变压器 己知斯科特变压器的副边绕组的有效电流己知斯科特变压器的副边绕组的有效电流(dinli)分别为：分别为：(2.62)原边电流

9、(dinli)第10页/共54页第十一页，共54页。5、平衡变压器、平衡变压器 阻阻抗抗(zkng)平平衡衡变变压压器器与与非非阻阻抗抗(zkng)匹匹配配平平衡衡变变压器的容量计算可用简便计算式确定其容量：压器的容量计算可用简便计算式确定其容量：(2.67)(2.64)(2.68)第11页/共54页第十二页，共54页。2-4 牵引变压器的校核容量 牵引变压器的校核容量是以列车紧密(jnm)运行时的要求为条件，结合变压器的过负荷能力而确定的容量。即：对牵引变压器进行容量校核，要达到两个目的；1）要满足(mnz)列车紧密运行的要求；2）要保证变压器在充分利用过负荷能力的情况下能安全地运行。按照紧

10、密运行条件所得出的变压器的容量，称为变压器的最大容量，它不是校核容量，因为没有考虑变压器的过负荷能力。变压器的过负荷能力以过负荷倍数K来表示。校核容量应该既可满足(mnz)列车紧密的运行的要求，又可充分利用变压器过负荷能力而安全运行第12页/共54页第十三页，共54页。2-4 牵引(qinyn)变压器的校核容量2-4-1 变压器过负荷能力2-4-2 校核容量(rngling)的确定第13页/共54页第十四页，共54页。2-4-1 变压器过负荷能力变压器过负荷能力 变变压压器器具具有有过过负负荷荷能能力力，是是指指在在保保证证变变压压器器正正常常寿寿命命的的前前提提下下，可可以以(ky)带比额定

11、值大的负荷运行一段时间。带比额定值大的负荷运行一段时间。1、变压器寿命与过负荷、变压器寿命与过负荷 （1）变压器的寿命）变压器的寿命 变变压压器器的的寿寿命命是是由由绝绝缘缘材材料料的的老老化化程程度度决决定定的的，而而绝绝缘缘材材料料的的老老化化，主主要要取取决决于于运运行行温温度度、绝绝缘缘材材料料结结构构中中的的氧氧气气含含量量、含含潮潮率率。其其中中运运行行温温度度是是引引起起绝绝缘缘老老化化的的最最主主要要因因素素。因因此此，温温度度对对变变压压器器的的寿寿命命起起着着决决定性的作用。定性的作用。（2）绝缘老化六度定则）绝缘老化六度定则 温度和绝缘材料的寿命之间，有一定的关系。温度和

12、绝缘材料的寿命之间，有一定的关系。油油浸浸式式变变压压器器绕绕组组用用的的电电缆缆纸纸是是A级级绝绝缘缘，电电缆缆纸纸在在80140范范围围内内，温温度度比比98每每增增加加6其其老老化化速速度度增增加加一一倍倍；反反之之比比每每降降低低98每降低每降低6其老化速度降低一半，即绝缘老化六度定则。其老化速度降低一半，即绝缘老化六度定则。第14页/共54页第十五页，共54页。（3）变变压压器器的的热热点点温温度度与与寿寿命命(shumng)及及允允许许运运行行持持续续时时间的关系间的关系 变变压压器器绕绕组组的的热热点点温温度度在在80140范范围围内内的的相相对对寿寿命命(shumng)损失率如

13、表损失率如表2-1所示。所示。变变压压器器在在绕绕组组的的热热点点(r din)温温度度98140下下允允许许运运行行的的持持续续时时间如表间如表2-2所示。所示。表2表2第15页/共54页第十六页，共54页。（4）变压器的允许过负荷）变压器的允许过负荷 按按上上述述原原则则，规规定定了了变变压压器器的的允允许许正正常常过过负负荷荷和和事事故故过过负荷。负荷。事事故故过过负负荷荷也也称称急急救救性性过过负负荷荷，如如变变压压器器的的一一次次和和二二次次出出线线端端子子松松动动、变变压压器器油油不不合合格格、外外部部接接地地短短路路等等。事事故故过过负负荷荷不不同同于于允允许许正正常常过过负负荷

14、荷，每每经经过过一一次次事事故故过过负负荷荷，变变压压器器的的寿寿命命将将要要缩缩短短，因因此此对对事事故故过过负负荷荷作作了了规规定定，如如表表2-3所示。所示。变变压压器器运运行行规规程程规规定定，当当变变压压器器的的负负荷荷率率（即即计计算算容容量量/安安装装容容量量）小小于于1时时，其其允允许许正正常常过过负负荷荷倍倍数数和和允允许许过过负负荷荷持持续续时时间间可可由由变变压压器器允允许许正正常常过过负负荷荷曲曲线线(qxin)查查得得，如如图图2-7所所示示。当当变变压压器器的的负负荷荷率率未未知知时时，允允许许正正常常过过负负荷荷能能力力可可查阅变压器运行规程表。查阅变压器运行规程

15、表。表2第16页/共54页第十七页，共54页。2、牵引变压器的过负荷、牵引变压器的过负荷 牵引变压器的过负荷按以下几种情况来考虑：牵引变压器的过负荷按以下几种情况来考虑：1）正常运行时，变压器的日平均负荷不会超过变压器容量；）正常运行时，变压器的日平均负荷不会超过变压器容量；2）紧密运行时，牵引变压器可能出现短时的较大过负荷；）紧密运行时，牵引变压器可能出现短时的较大过负荷；3）牵引变压器的负荷率远小于）牵引变压器的负荷率远小于1；4）三三相相YN，d11结结线线的的牵牵引引变变压压器器，其其输输出出电电流流(dinli)允允许许值值受受三三相绕组负荷不均匀的影响，达不到额定值。相绕组负荷不均

16、匀的影响，达不到额定值。3、带直接测温装置的牵引变压器的过负荷、带直接测温装置的牵引变压器的过负荷 随随着着铁铁路路运运量量迅迅速速发发展展，许许多多线线路路的的实实际际容容量量已已超超过过设设计计值值，导导致致变变压压器器过过负负荷荷运运行行，因因而而变变压压器器的的实实际际过过负负荷荷能能力力成成为为一一个个十十分分现现实实的的问问题题。变变压压器器过过负负荷荷能能力力的的利利用用是是否否充充分分、合合理理，变变压压器器过过负负荷荷运运行行是是否否安安全全、可可靠靠，归根结底要由变压器各部温升来验证。归根结底要由变压器各部温升来验证。第17页/共54页第十八页，共54页。直直接接测测温温装

17、装置置是是埋埋设设在在变变压压器器高高、低低绕绕组组、铁铁心心、绝绝缘缘油油、箱箱壁壁的的铂铂膜膜电电阻阻测测温温传传感感器器，它它将将测测得得的的各各处处温温度度，通通过过传传感感器器引引出出线线、传传输输光光纤纤、传传输输电电缆缆(dinln)，输输送送到到计计算算机机测测温温系系统统。其其埋埋设设的的测测温温点点，能能检检测测随随负负荷荷剧剧烈烈变变化化的的绕绕组组、铁铁心心及及绝绝缘缘油油的的温温度度，特别是绕组最热点温度。特别是绕组最热点温度。带带直直接接测测温温装装置置的的牵牵引引变变压压器器，能能经经常常承承受受在在负负荷荷率率为为0.5的的条条件件下下，过过负负荷荷倍倍数数为为

18、额额定定电电流流3倍倍的的尖尖峰峰牵牵引引负负荷荷，一一次次不不超超过过2min，每每次次发发生生间间隔隔不不少少于于30min。当当变变压压器器在在环环境境温温度度为为20时时，应应能能承承受受的的短短时时过过负负荷荷倍倍数数如如表表3-4所所示示，此此时时，绕绕组组最最热热点点温温度度不不得得超过超过140。表2第18页/共54页第十九页，共54页。图2-7第19页/共54页第二十页，共54页。2-4-2 校核容量的确定校核容量的确定 1、牵引、牵引(qinyn)变压器校核容量的计算条件变压器校核容量的计算条件 （1）重重负负荷荷臂臂取取95%最最大大车车数数概概率率积积分分最最大大值值计

19、计算算馈馈线线最最大大短短时时电电流流Imax，通过查曲线确定其值。，通过查曲线确定其值。（2）轻负荷供电臂取对应）轻负荷供电臂取对应Nmax的馈线有效电流的馈线有效电流Ie。2、不同结线方式牵引、不同结线方式牵引(qinyn)变压器最大容量的计算变压器最大容量的计算 （1）三相）三相YN，d11牵引牵引(qinyn)变压器的最大容量变压器的最大容量 Smax=KtU(2Iamax+0.65Ibe)(2.65)其中其中Iamax的取值可由图的取值可由图2-8曲线确定。其确定方法为：曲线确定。其确定方法为：1）计算对应于）计算对应于Nmax的平均带电概率：的平均带电概率：2）查曲线）查曲线(qx

20、in)。在纵轴上确定出。在纵轴上确定出Imax。第20页/共54页第二十一页，共54页。（2）单结线变压器的最大容量）单结线变压器的最大容量(rngling)Smax=U(Iamax+Ibe)(2.73)（3）V，V结线变压器的最大容量结线变压器的最大容量(rngling)Samax=UIamaxSbmax=UIbmax （4）斯科特结线变压器的最大容量）斯科特结线变压器的最大容量(rngling)(2.77)(2.76)第21页/共54页第二十二页，共54页。（5）YN，阻抗匹配平衡，阻抗匹配平衡(pnghng)变压器的最大容量变压器的最大容量(2.79)(2.80)阻抗匹配(z kn p

21、pi)非阻抗匹配(z kn p pi)第22页/共54页第二十三页，共54页。3、校核容量的确定、校核容量的确定 校校核核容容量量是是在在最最大大容容量量的的基基础础上上，再再考考虑虑变变压压器器过过负负荷荷(fh)能能力力后后所确定的容量。所确定的容量。S校校=Smax/K (2.69)K过负荷过负荷(fh)倍倍数。取倍倍数。取1.5 牵引变压器的过负荷能力三相牵引变压器的过负荷能力三相(sn xin)YN,d11(sn xin)YN,d11、单、单相和相和ScottScott变压器分别为变压器分别为150%150%、175%175%、200%200%。第23页/共54页第二十四页，共54页

22、。2-5 牵引变压器的安装容量 牵引变压器的安装容量是在计算容量和校核(xio h)容量的基础上，再考虑备用方式，最后按变压器的产品规格确定的变压器台数与容量。确定安装容量除了计算容量和校核(xio h)容量外，主要考虑的因素是备用方式。第24页/共54页第二十五页，共54页。2-5 牵引(qinyn)变压器的安装容量2-5-1 备用方式2-5-2 牵引变压器安装容量(rngling)的确定第25页/共54页第二十六页，共54页。2-5-1 备用方式备用方式(fngsh)备备用用变变压压器器投投入入的的快快慢慢，将将影影响响到到恢恢复复正正常常供供电电的的时时间间，并并且且与采用的备用方式与采

23、用的备用方式(fngsh)有关。有关。备备用用方方式式(fngsh)的的选选择择必必须须从从实实际际的的电电气气化化铁铁路路的的线线路路、运运量量、牵牵引引变变电电所所的的规规模模、选选址址、供供电电方方式式(fngsh)、外外部部条条件件等等因因素，综合考虑比较后确定。素，综合考虑比较后确定。我国的电气化铁路牵引变压器的备用方式我国的电气化铁路牵引变压器的备用方式(fngsh)有两种：有两种：移动备用、固定备用。移动备用、固定备用。第26页/共54页第二十七页，共54页。1、移动备用、移动备用 采用移动变压器作为备用方式，称为移动备用。采用移动变压器作为备用方式，称为移动备用。采采用用移移动

24、动备备用用方方式式的的电电气气化化区区段段，每每个个牵牵引引变变电电所所装装设设两两台台牵牵引引变变压压器器，正正常常时时两两台台并并联联运运行行。所所内内设设有有铁铁路路专专用用岔岔线线。备备用用变变压压器器安安放放在在移移动动变变压压器器车车上上，停停放放于于适适中中位位置置的的牵牵引引变变电电所所内内或或供供电电段段段段部部，以以便便于于需需要要作作为为备备用用变变压压器器投投入入时时，缩缩短短运运输输时时间间。在在供供电电段段所所辖辖的的牵牵引引变变电电所所不不超超过过57个个的的情情况况下下，设设一一台台移移动动变变压压器器，其其容容量量应应与与所所辖辖变变电电所中的最大牵引变压器额

25、定容量相同。所中的最大牵引变压器额定容量相同。移动备用方式的缺点：移动备用方式的缺点：1）当当牵牵引引变变压压器器需需要要检检修修时时，可可将将移移动动变变压压器器按按计计划划调调入入牵牵引引变变电电所所。但但在在牵牵引引变变压压器器发发生生故故障障时时，移移动动变变压压器器的的调调运运(dioyn)和和投投入入约约需数小时。此间，靠一台牵引变压器供电往往不能保证铁路正常运输。需数小时。此间，靠一台牵引变压器供电往往不能保证铁路正常运输。2）采用移动备用方式，还需要修建铁路专用岔线。）采用移动备用方式，还需要修建铁路专用岔线。第27页/共54页第二十八页，共54页。2、固定备用、固定备用 采采

26、用用加加大大牵牵引引变变压压器器容容量量和和增增加加台台数数作作为为备备用用的的方方式式，称称为为固固定定备备用。用。采采用用固固定定备备用用方方式式的的电电气气化化区区段段，每每个个牵牵引引变变电电所所装装设设两两台台(lin ti)牵牵引引变变压压器器，一一台台运运行行，一一台台备备用用。每每台台牵牵引引变变压压器器容容量量应应能能承承担担全全所最大负荷，满足铁路正常运输的要求。所最大负荷，满足铁路正常运输的要求。固定备用的优点：固定备用的优点：投投入入快快速速方方便便，可可确确保保铁铁路路正正常常运运输输，不不需需修修专专用用岔岔线线，牵牵引引变变电电所选址方便、灵活，场地面积较小，土方

27、量较少，电气主接线较简单。所选址方便、灵活，场地面积较小，土方量较少，电气主接线较简单。固定备用的缺点：固定备用的缺点：增增加加了了牵牵引引变变压压器器的的安安装装容容量量，变变电电所所内内设设备备检检修修业业务务要要靠靠公公路路运运输。输。第28页/共54页第二十九页，共54页。2-5-2 牵引变压器安装容量的确定牵引变压器安装容量的确定 当当牵牵引引变变压压器器的的计计算算容容量量和和校校核核容容量量确确定定以以后后，选选择择(xunz)两两者者中中较较大大者者，并并按按采采用用的的备备用用方方式式、牵牵引引变变压压器器的的系系列列产产品品及及有有否否地地区区动动力力负负荷荷等等因因素素，

28、即即可可确确定定牵牵引引变变压压器的安装容量。器的安装容量。第29页/共54页第三十页，共54页。小结小结小结小结(xi(xi oji)oji)馈线电流的数字特征列车电流的计算馈线电流的计算变压器计算容量(rngling)、校核容量(rngling)、安装容量(rngling)的计算第30页/共54页第三十一页，共54页。n n例例1 1：某单线区段，近期年运：某单线区段，近期年运 ，牵引定数额，牵引定数额(sh)(sh)，波动系数，波动系数K1K1取取1.21.2，储备系数，储备系数K2K2取取1.21.2，非，非平行列车运行图区间通过能力平行列车运行图区间通过能力NN非非=42=42对对/

29、日。日。n n牵引计算结果：牵引计算结果：n n供电臂供电臂1 1：n n供电臂供电臂2 2：n n采用三相牵引变压器时，试计算变压器的安采用三相牵引变压器时，试计算变压器的安装容量装容量第31页/共54页第三十二页，共54页。第32页/共54页第三十三页，共54页。第33页/共54页第三十四页，共54页。变压器的计算变压器的计算(j sun)(j sun)容量容量对应于N非的重负荷供电(n din)臂1的最大电流第34页/共54页第三十五页，共54页。2.38I第35页/共54页第三十六页，共54页。n n查曲线图 ，可得n n所以，n n对应于N非的轻负荷(fh)供电臂2的有效电流第36页

30、/共54页第三十七页，共54页。n n则牵引变压器的最大容量为：n n校核容量为：n n5.确定(qudng)安装容量：n n 固定备用，选择两台牵引变压器，一主一备，容量为216000kVA第37页/共54页第三十八页，共54页。n n例例2 2：某双线区段，采用上下行并联供电：某双线区段，采用上下行并联供电(nn din)din)方式，变压器为方式，变压器为YNYN，d11d11接线。接线。n n牵引计算结果：牵引计算结果：n n供电供电(nn din)din)臂臂1 1：n n供电供电(nn din)din)臂臂2 2：n n试计算变压器的安装容量。试计算变压器的安装容量。第38页/共5

31、4页第三十九页，共54页。供电臂供电臂12列车全部运行时间列车全部运行时间 min上行上行25.227.5下行下行20.124.4列车用电运行时间列车用电运行时间 min上行上行16.715.8下行下行15.219.6列车在列车在 （）min内的内的能耗（能耗（kVA h）上行上行970852下行下行856967第39页/共54页第四十页，共54页。供电(n din)臂1第40页/共54页第四十一页，共54页。第41页/共54页第四十二页，共54页。第42页/共54页第四十三页，共54页。供电(n din)臂2第43页/共54页第四十四页，共54页。第44页/共54页第四十五页，共54页。第4

32、5页/共54页第四十六页，共54页。供电(n din)臂1第46页/共54页第四十七页，共54页。供电(n din)臂2第47页/共54页第四十八页，共54页。第48页/共54页第四十九页，共54页。3.3I第49页/共54页第五十页，共54页。n n查曲线图 ，可得n n所以(suy)，第50页/共54页第五十一页，共54页。小结小结小结小结(xi(xi oji)oji)变压器容量计算的步骤计算容量的确定(qudng)校核容量的确定(qudng)安装容量的确定(qudng)备用方式第51页/共54页第五十二页，共54页。本章本章(bn zhn)小小结结变压器容量(rngling)计算的步骤计算容量(rngling)的确定校核容量(rngling)的确定安装容量(rngling)的确定备用方式第52页/共54页第五十三页，共54页。本章本章本章本章(bn(bn zhnzhn)小小小小结结结结变压器容量计算的步骤计算容量的确定(qudng)校核容量的确定(qudng)安装容量的确定(qudng)备用方式第53页/共54页第五十四页，共54页。