采用不同基準容量計算VX接線單相三繞組牽引變壓器阻抗電壓的研究

武利軍

(臥龍電氣銀川變壓器有限公司，寧夏 銀川 750001)

目前，世界上電氣化高速鐵路主要采用 AT 供電方式和直接供電方式(包括直供加回流線供電方式)2種。AT 供電方式具有供電能力大和電壓損失小等優(yōu)點，適用于高速和重載的重負荷鐵路及運輸繁忙干線，是電氣化鐵路供電方式的發(fā)展方式。AT 供電方式有以下變壓器接線方式可供選擇：單相接線、Scott 接線、Wood-Bridge 接線、十字交叉接線和 VX 接線。 其中 VX 接線牽引變壓器，具有供電能力強、投資成本低及占地面積小等顯著優(yōu)勢。

中國高鐵經過20多年的發(fā)展，VX接線單相三繞組牽引變壓器在高鐵線路中的應用越來越廣泛。伴隨著VX接線牽引變壓器的快速發(fā)展，出現了設備技術文件對阻抗電壓計算選用的基準容量規(guī)定不統一等問題。

從近幾年中國國家鐵路集團有限公司發(fā)布的VX接線單相三繞組牽引變壓器招標文件中發(fā)現，對阻抗電壓計算采用高壓繞組容量還是中壓繞組容量為基準存在不同的技術要求，因此，無論從鐵路運營還是從牽引變壓器設計角度考慮，都應該統一標準。為此，本文從VX接線單相三繞組牽引變壓器的阻抗、成本、能耗角度對采用2種基準容量設計的牽引變壓器進行數據對比分析，為今后統一阻抗電壓選用基準提供技術支持。

1 VX接線單相三繞組牽引變壓器技術要求

1.1 VX接線單相三繞組牽引變壓器基本技術參數

表1是電壓等級為220 kV，額定容量為40 MV·A的VX接線單相三繞組牽引變壓器的基本技術參數。

表1 產品基本技術參數

表1中損耗允許偏差值為空載損耗、負載損耗的允許偏差不應超過15%，總損耗的允許偏差不應超過+10%。

1.2 VX接線單相三繞組牽引變壓器阻抗技術要求

采用2種基準容量計算阻抗的技術要求對比見表2。同一產品的阻抗電壓、短路阻抗匹配條件相同，只是計算阻抗電壓時選用的基準容量不同[1-3]。針對以上技術要求的不同點，根據招標文件的要求，分別設計了2種方案：方案1產品阻抗以中壓繞組容量為基準設計，方案2產品阻抗以高壓繞組容量為基準設計。

并按照方案生產對應技術條件的產品交付用戶使用。

2 2種方案產品設計數據及試驗數據對比分析

2.1 2種方案阻抗電壓對比分析

根據不同基準設計的方案，阻抗差異對比見表3。

表3 2種設計方案阻抗差異對比

根據表3數據分析，方案1以中壓容量為基準設計阻抗為10.55%，折算到以高壓繞組容量為基準后的設計值為16.85%，比方案2阻抗10.61%增加59%。同理，以變壓器正常運行狀態(tài)為基準，T-F串聯阻抗方案1比方案2阻抗同樣增加59%。

因此，通過數據對比發(fā)現：方案1無論是折算到以高壓容量為基準還是在變壓器正常運行狀態(tài)下(T-F串聯對高壓阻抗)，阻抗顯著增大，阻抗增加接近60%，阻抗增大，變壓器漏磁就會增加，漏磁增大雜散損耗與負載損耗就會增大，所以，要將損耗降到技術要求范圍內，方案1產品成本必然高于方案2。

2.2 2種方案成本核算

方案設計完成后，產品成本見表4。

表4 成本核算

2.3 設計方案成品試驗數據驗證

(1)方案1成品試驗驗證數據見表5。

表5 方案1成品試驗驗證結果

根據表5試驗驗證數據，方案1成品試驗數據偏差均在技術要求范圍內。

(2)方案2成品試驗驗證數據見表6。

表6 方案2成品試驗驗證結果

根據表6試驗驗證數據，方案2成品試驗數據偏差均在技術要求范圍內。

2.4 2種方案成品試驗數據及成本對比

2種方案設計的產品均滿足技術要求，需對2種成品試驗數據及成本進一步對比分析才能確定兩種產品的優(yōu)劣性。對比結果詳見表7。

表7 2種方案成品試驗數據及成本對比

2.5 最優(yōu)方案的確定

通過表5與表6的試驗驗證，可以確定2種產品均滿足技術要求。根據表3及表7分析二者之間的優(yōu)缺點。

(1)從成本角度分析，以中壓容量為基準設計的產品比以高壓容量為基準設計的產品，阻抗增加57%，成本增加13.29%。

(2)從能耗角度分析，雖然2種方案損耗數據相差不大，但如果以中壓繞組容量為基準，又要控制成本，那么在同一阻抗同一成本的情況下，方案1的負載損耗設計值會比標準值超標32%，這會導致設備能耗增加，鐵路運營費用也會大幅攀升。

無論從降低鐵路牽引供電設備購置費或者運營費用為目的，還是從兼顧用戶及變壓器制造廠家經濟效益為前提進行分析，方案2明顯優(yōu)于方案1，因此確定方案2(以高壓繞組容量為基準)為最優(yōu)方案。

3 結 論

為了選取適當的牽引變壓器技術參數，同時做到滿足供電需求時、兼顧鐵路運營成本，針對技術文件中VX接線單相三繞組牽引變壓器阻抗計算選用基準不同，分別設計了2種技術方案，并投產了對應產品，文中對2種設計方案分別進行了分析與研究。

2種方案均對阻抗進行重點計算，解決了VX接線單相三繞組牽引變壓器阻抗計算采用基準不同且要滿足阻抗匹配≤0.45 Ω的難點，并用成品試驗數據驗證了產品性能，達到了預期設計目標。

并結合2種設計方案的成品試驗數據，通過對設計阻抗、成本、損耗的對比分析，確定了最優(yōu)方案。

經過設計、試驗數據驗證及分析表明：以高壓繞組容量為基準設計的產品性價比更高。而以中壓繞組容量為基準設計的產品，不是成本高就是能耗高，二者不能同時兼顧。因此，VX 接線單相三繞組牽引變壓器阻抗設計應以高壓繞組容量為基準[4-6]。