Scott接線變壓器誤接地問題分析及仿真驗(yàn)證

曾 元 馬慶安 王春利

（1.中鐵武漢電氣化局集團(tuán)成都分公司，四川 成都610031；2.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都610031；3.四川師范大學(xué)通信工程學(xué)院，四川 成都610068）

0 引言

我國(guó)部分鐵路牽引變電所使用了Scott接線變壓器，該接線變壓器的特點(diǎn)是沒有接地點(diǎn)［1］。部分牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員對(duì)此特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不清，可能做出將Scott接線變壓器中T座、M座的連接點(diǎn)接地的舉動(dòng)，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤的運(yùn)行方式而引發(fā)嚴(yán)重后果。本文從理論、仿真方面闡述這種做法的危害，便于設(shè)計(jì)、運(yùn)行人員參考。

1 理論分析

正常運(yùn)行時(shí)，A、B、C三相對(duì)地電壓是對(duì)稱的，0點(diǎn)為地電位點(diǎn)，但該點(diǎn)并沒有引出、接地，如圖1所示。110 k V及以上電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)使用大電流接地方式。變壓器T座使用A、B相間的線電壓，變壓器T座的中點(diǎn)D在正常時(shí)與大地（0點(diǎn)）間存在電位差。因此，D點(diǎn)不能接地。

圖1 Scott接線變壓器及電壓矢量圖

若將D點(diǎn)強(qiáng)行接地，則Scott接線變壓器空載時(shí)的電路如圖2（a）所示。將圖2（a）的D點(diǎn)分裂為2個(gè)，得圖2（b）。將圖2（b）扭轉(zhuǎn)，得圖2（c）。將B相電壓反向，得圖2（d）。由圖3所示的電壓矢量圖可知，A相電壓與B相的反向電壓存在角度差，且B相的反向電壓領(lǐng)先于A相電壓，就會(huì)導(dǎo)致電流或功率從B流向A。由于變壓器T座的漏抗很小，該環(huán)流電流（功率）將非常大，從而就會(huì)在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生電壓的不對(duì)稱。環(huán)流電流可由如下方法計(jì)算：

（1）首先計(jì)算出Scott接線變壓器空載時(shí)其一次側(cè)繞組的等值漏抗Ztr。由圖2（d）可見，其值應(yīng)為2段繞組的漏抗之和。

（2）由Scott接線變壓器一次側(cè)的短路容量計(jì)算系統(tǒng)每相等值阻抗Zs。

（3）環(huán)流電流回路的總阻抗為：

（4）計(jì)算A相、B相的反向電壓之間的電壓差，此電壓模值等于相電壓。

（5）計(jì)算環(huán)流電流，為：

圖2 Scott接線變壓器空載時(shí)的等值電路

圖3 電壓矢量圖

2 仿真分析

設(shè)Scott接線變壓器額定容量為31.5 MVA，額定電壓為110 k V／27.5 k V，一次側(cè)兩端繞組的短路電壓百分?jǐn)?shù)均為5%。牽引變壓器一次側(cè)的系統(tǒng)短路容量為500 MVA。忽略電阻，可計(jì)算出Scott接線變壓器的等值阻抗為：

系統(tǒng)每相阻抗為：

回路總電抗為：

I＝Uφ／Z∑ ＝63.5／52.24＝1.216 k A

使用Matlab（圖4）進(jìn)行仿真分析，可得電壓、電流波形，如圖5所示。為清晰起見，電流放大了10倍?？梢姡珺相電壓、電流基本同相，而A相電壓、電流基本反向，表明B相有功率通過Scott接線變壓器傳遞到A相。由圖5可見，A、B相電流的峰值約為1.71 k A，有效值約為1.2 k A，和理論計(jì)算非常接近，驗(yàn)證了本文的理論分析。

圖4 Matlab仿真電路圖

圖5 A相、B相電壓、電流波形

3 結(jié)語

本文從理論上分析了Scott接線變壓器T座、M座的連接點(diǎn)接地后的環(huán)流問題，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。結(jié)果證明了Scott接線變壓器T座、M座的連接點(diǎn)接地后，A相電壓與B相的反向電壓存在角度差，且B相的反向電壓領(lǐng)先于A相電壓，導(dǎo)致電流或功率從B流向A。由于變壓器T座的漏抗很小，該環(huán)流電流（功率）將非常大，從而就會(huì)在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生電壓的不對(duì)稱。因此，要避免在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中將T座、M座的連接點(diǎn)接地。

［1］李群湛，賀建閩.牽引供電系統(tǒng)分析［M］.第2版.成都：西南交通大學(xué)出版社，2010