單線電氣化鐵路牽引變壓器容量計(jì)算分析

陳修濤，胡軍利

（1.中鐵西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司；2. 中國(guó)鐵路西安局集團(tuán)有限公司寶雞供電段）

1 引言

牽引變壓器是為電力機(jī)車提供能量的關(guān)鍵設(shè)備，其容量大小關(guān)系到電氣化鐵路的運(yùn)營(yíng)安全及運(yùn)營(yíng)成本，容量過(guò)小會(huì)造成牽引變壓器負(fù)荷率過(guò)大，影響牽引變壓器壽命[1]，容量過(guò)大會(huì)造成能源浪費(fèi)，增加運(yùn)輸部門經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，不符合國(guó)家節(jié)能減排的要求。為此，對(duì)千陽(yáng)牽引變電所變壓器容量重新研究，分別用“平均運(yùn)量法”、“概率統(tǒng)計(jì)法”計(jì)算了牽引變壓器容量，并基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)變壓器容量的選擇進(jìn)行分析，保證了變壓器容量選擇的合理性。

2 項(xiàng)目概況

千陽(yáng)牽引變電所變壓器1995年投入運(yùn)行，進(jìn)線電壓等級(jí)為110kV，運(yùn)行容量為40MVA，結(jié)線型式為YN，d11接線。由于該牽引變電所供電臂范圍內(nèi)年運(yùn)量變小，既有牽引變壓器容量偏大，負(fù)載率低，造成能源浪費(fèi)，故需對(duì)該所牽引變壓器容量重新計(jì)算。更換后的牽引變壓器結(jié)線形式選用容量利用率高的三相V/V結(jié)線形式，運(yùn)行容量為（16+16）MVA。

3 牽引變壓器容量計(jì)算

3.1 計(jì)算條件

①正線數(shù)目：?jiǎn)尉€；②限制坡度：雙機(jī)13‰；③機(jī)車速度：80km/h；④牽引定數(shù)：5000t；⑤機(jī)車類型：客運(yùn)采用SS6型，貨運(yùn)采用HXD3、SS4型；⑥閉塞類型：半自動(dòng)閉塞；⑦行車對(duì)數(shù)：27對(duì)/天；⑧千陽(yáng)牽引變電所供電范圍（見(jiàn)圖1）。

⑨牽引計(jì)算結(jié)果，如表1所示。

3.2 牽引變壓器容量理論計(jì)算公式

1）供電臂內(nèi)列車用電平均電流It：

2）饋線平均電流Ip：

圖1 千陽(yáng)變電所供電范圍示意圖

表1 牽引計(jì)算結(jié)果

式中，N為供電臂的列車對(duì)數(shù)；T為全日時(shí)間，即1440min；其余參數(shù)含義同上式。

3）供電臂內(nèi)n個(gè)區(qū)間的列車用電平均概率p：

式中，T為全日時(shí)間，即1440min；n為區(qū)間數(shù)；其余參數(shù)含義同上。

4）饋線有效電流系數(shù)Kx：

式中參數(shù)含義同上。

5）饋線有效電流

式中，Kx為饋線有效電流系數(shù)；Ip為饋線平均電流。

6）供電臂短時(shí)最大工作電流Ibmax：

式中，ns供電臂用電運(yùn)行列車數(shù)概率積分曲線的95%概率積分對(duì)應(yīng)的最大列車數(shù)；It為供電臂內(nèi)列車用電平均電流，A。

7）三相V/V接線牽引變壓器計(jì)算容量：

式中，U為牽引變電所牽引側(cè)母線額定電壓，V；Ie為牽引變電所牽引側(cè)母線有效電流，A。當(dāng)該母線上只有一條饋線時(shí)，母線有效電流即饋線有效電流。

8）三相V/V接線牽引變壓器校核容量S校：

式中，Smax為牽引變壓器的最大容量，KV·A；K為牽引變壓器的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)。

3.3 牽引變壓器容量理論計(jì)算結(jié)果

4 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的牽引變壓器容量選擇分析

4.1 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的牽引變壓器容量計(jì)算結(jié)果

1）饋線平均電流Ip：

式中，T為計(jì)算時(shí)間，S；ia為供電臂瞬時(shí)電流，A。

2）饋線有效電流Ix：

利用牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，隨機(jī)抽取一個(gè)月?tīng)恳?fù)荷[2]，得出結(jié)果如表3所示：

4.2 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的牽引變壓器容量選擇分析

為方便分析，將理論計(jì)算結(jié)果與基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果的差異進(jìn)行對(duì)比，如表4所示。

表2 牽引變壓器容量理論計(jì)算結(jié)果

表3 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的牽引變壓器容量計(jì)算結(jié)果

表4 計(jì)算結(jié)果差異對(duì)比

由上表可以看出來(lái)，理論計(jì)算的結(jié)果與基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果有一定的誤差，產(chǎn)生誤差的原因除與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的記錄精度、選取的樣本有關(guān)外，還與線路坡度、接觸網(wǎng)分相位置、車站位置、機(jī)車類型等因素有關(guān)[3]，具體分析如下。

4.2.1 線路坡度的影響

列車實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，列車牽引負(fù)荷電流受牽引貨物的重量、司機(jī)操控等因素影響經(jīng)常變動(dòng)，而牽引供電計(jì)算是從能耗角度計(jì)算的，在坡度較大的情況下得出的列車平均電流往往較大。

4.2.2 接觸網(wǎng)分相位置與車站位置關(guān)系的影響

由牽引計(jì)算的過(guò)程可知，其計(jì)算結(jié)果體現(xiàn)的是車站到車站的數(shù)據(jù)，而牽引供電計(jì)算的結(jié)果體現(xiàn)的是變電所到接觸分相的數(shù)據(jù)。接觸網(wǎng)分相位置不可能與車站中心位置重合，所以會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

4.2.3 機(jī)車類型的影響

由于在牽引計(jì)算時(shí)只能使用一種機(jī)車類型，而實(shí)際運(yùn)行中往往多種機(jī)車混跑，因此也會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

根據(jù)理論計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果及其對(duì)比分析，綜合考慮計(jì)算誤差、線路通過(guò)能力、預(yù)留儲(chǔ)備能力等因素，故本工程牽引變壓器容量選擇為（16+16）MVA[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)牽引變壓器容量選擇的分析可以看出，單線電氣化鐵路采用“平均運(yùn)量法”、“概率統(tǒng)計(jì)法”等理論計(jì)算方法對(duì)牽引變壓器容量計(jì)算均具有較好的適應(yīng)性；在既有線改造工程中，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)牽引變壓器容量進(jìn)行計(jì)算，可進(jìn)一步驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果的正確性。本文通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算兩種方法合理的選擇了牽引變壓器容量，滿足了牽引供電系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性[5]。