電氣化鐵道供電牽引系統(tǒng)電力變壓器分析

孟憲莊

（江蘇省徐州技師學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

0 引言

鐵道是現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)闹匾A(chǔ)設(shè)施，新時(shí)期科技應(yīng)用已經(jīng)成為我國(guó)各行業(yè)發(fā)展的核心力量，電氣化技術(shù)在鐵道系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。電氣化鐵道系統(tǒng)的運(yùn)行原理就是將電能轉(zhuǎn)化為牽引力，然后實(shí)現(xiàn)推動(dòng)鐵道高效運(yùn)輸。電氣化鐵路供電牽引電力的運(yùn)行主要是負(fù)責(zé)能源與能量的傳輸，系統(tǒng)傳輸功能的實(shí)現(xiàn)必須要依靠變壓器，變壓器對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量與穩(wěn)定有直接的影響。

1 電氣化鐵道結(jié)構(gòu)的基本特征

電氣化鐵道結(jié)構(gòu)的建設(shè)與運(yùn)行已經(jīng)成為現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕Ｊ?，電氣化鐵道本身應(yīng)用了多樣新型技術(shù)，將技術(shù)與鐵道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效的融合，構(gòu)建的整體電氣化鐵道系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性能較強(qiáng)，為鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩教嵘峁┝朔浅４蟮闹?。而電氣化鐵道結(jié)構(gòu)運(yùn)行質(zhì)量的優(yōu)化，需要內(nèi)部結(jié)構(gòu)技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用都能夠達(dá)到良好的狀態(tài)，才能保障電氣化鐵道優(yōu)勢(shì)作用的發(fā)揮。

電氣化鐵道的組成包括電力機(jī)車、牽引供電系統(tǒng)兩部分，而直流體制、三相交流體制、單工頻交流體制和單低頻交流體制是目前電氣化鐵道結(jié)構(gòu)的4種運(yùn)行體制模式[1]。不同的體制運(yùn)行實(shí)際效果都不同，具體電氣化鐵道結(jié)構(gòu)建設(shè)為哪種模式，需根據(jù)建設(shè)地區(qū)的要求與經(jīng)濟(jì)情況決策。國(guó)內(nèi)電氣化鐵道的建設(shè)模式通常都是25 kV的工頻單相交流體制。隨著我國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)提升，電氣化鐵道技術(shù)應(yīng)用水平愈加成熟，供電牽引力系統(tǒng)的電力傳輸能效也得以顯著提升。

2 電氣化鐵道供電牽引系統(tǒng)的基本特征

電氣化鐵道供電牽引系統(tǒng)是負(fù)責(zé)將電力與牽引力進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，從而為電氣化鐵道運(yùn)輸提供充足、穩(wěn)定的電能。如今供電牽引技術(shù)更先進(jìn)，系統(tǒng)運(yùn)行能效全面優(yōu)化。

2.1 電力牽引特征

電氣化鐵道運(yùn)行的核心力量主要是依靠電力牽引實(shí)現(xiàn)，電力牽引技術(shù)的應(yīng)用適用性水平比較高，實(shí)際運(yùn)行下電力運(yùn)行功率較大，傳輸速度較快。根據(jù)電氣化鐵道系統(tǒng)建立的體制模式類型，要對(duì)電力牽引技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，以保證技術(shù)與體制之間保持良好的兼容性。電力牽引技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)電力能源的傳輸，為電氣化鐵道運(yùn)行提供充足且穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

2.2 牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行

牽引供電系統(tǒng)對(duì)電氣化鐵道運(yùn)行水平有直接的影響，因而對(duì)牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行水平的提升，對(duì)電氣化鐵道結(jié)構(gòu)運(yùn)行質(zhì)效與性能的優(yōu)化有重要作用。在對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要先明確系統(tǒng)運(yùn)行的原理，以保證優(yōu)化措施的有效性。牽引供電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)比較多，比如直接牽引變電所、回流線、交流高壓輸電線、軌道等都是重要的組成結(jié)構(gòu)，供電牽引系統(tǒng)運(yùn)行期間可以根據(jù)電氣化鐵路運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需求進(jìn)行靈活的模式轉(zhuǎn)換，將整體電氣化鐵路運(yùn)行狀態(tài)持續(xù)保持在穩(wěn)定水平。牽引供電系統(tǒng)的功能主要是發(fā)電與電壓轉(zhuǎn)換，通過(guò)此功能的良好運(yùn)行維持電壓的穩(wěn)定性，為系統(tǒng)高水準(zhǔn)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

3 電氣化鐵道供電牽引力變壓器的相關(guān)研究

電氣化鐵道的建設(shè)為鐵路運(yùn)輸發(fā)展水平提升做出了巨大的貢獻(xiàn)，其牽引力供電系統(tǒng)的運(yùn)行，通過(guò)實(shí)現(xiàn)電能與牽引力的轉(zhuǎn)換，為鐵道運(yùn)輸提供穩(wěn)定電力支持。而電能的傳輸與牽引力的轉(zhuǎn)換都需要依靠變壓器的穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)。變壓器裝置應(yīng)用的連接方式、運(yùn)行狀態(tài)等都會(huì)影響裝置運(yùn)行效果，對(duì)整體供電牽引系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)效也有影響作用。

3.1 電氣化鐵道系統(tǒng)中變壓器應(yīng)用的基本現(xiàn)狀

變壓器設(shè)備的運(yùn)行是對(duì)鐵道系統(tǒng)電能傳輸?shù)男ЧM(jìn)行穩(wěn)定性控制，也對(duì)電力能源傳輸、轉(zhuǎn)換過(guò)程中的電壓進(jìn)行適宜的轉(zhuǎn)化，保證電壓水平的合理性與適應(yīng)性，以此避免系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換與傳輸期間出現(xiàn)的電壓不穩(wěn)的問(wèn)題。電氣化鐵道的建設(shè)需要充足的經(jīng)濟(jì)支持與技術(shù)支持，目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到成熟與先進(jìn)的水平，因此電氣化鐵路的建設(shè)水平得以大幅度提升，運(yùn)行的效果也更加優(yōu)質(zhì)，電氣化鐵道技術(shù)應(yīng)用規(guī)模與廣泛度也全面提升。變壓器作為電氣化鐵道運(yùn)行系統(tǒng)中的核心設(shè)備結(jié)構(gòu)，功能運(yùn)行保障作用明顯，而想要對(duì)供電牽引力變壓器運(yùn)行能效進(jìn)行保障，對(duì)其連接方式進(jìn)行優(yōu)化提升是關(guān)鍵，連接模式的合理性與科學(xué)性是強(qiáng)化的重點(diǎn)，整體連接運(yùn)行效果達(dá)到優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定可靠的狀態(tài)，能夠推動(dòng)供電牽引系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定能效的同步提升。

3.2 單向接線變壓器的應(yīng)用

單相接線變壓器是電氣化鐵道系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的一種類型，該變壓器裝置主要分為兩種。第一種是純單向變壓器，在進(jìn)行變壓器裝置連接時(shí)，將高壓變電側(cè)與交流電兩部分進(jìn)行直接連接，形成的連接運(yùn)行狀態(tài)比較順暢，能夠很好地發(fā)揮牽引電能的功能。在進(jìn)行純單相變壓器的連接期間，需要注意保障高壓結(jié)構(gòu)和低壓結(jié)構(gòu)連接的合理性。高壓與低壓的連接對(duì)于變壓器運(yùn)行系統(tǒng)的電力能源傳輸有重要的影響，包括其電力運(yùn)輸?shù)男?、穩(wěn)定性與安全性等。第二種是V/V接線變壓器，針對(duì)這種變壓器裝置的連接，原理相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要根據(jù)變壓器的實(shí)際接線規(guī)范說(shuō)明進(jìn)行連接操作即可。但是這種變壓器連接的實(shí)際運(yùn)行水平與純單向變壓器相比要低一些，因而在選擇應(yīng)用單相接線變壓器的類型時(shí)，還需要結(jié)合實(shí)際要求進(jìn)行合理的選擇，以保證變壓器連接運(yùn)行價(jià)值作用的有效發(fā)揮。

3.3 牽引力變壓器構(gòu)建的V/V形態(tài)

由牽引力變壓器構(gòu)建的V/V形態(tài)，在電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中應(yīng)用也比較廣泛，變壓器在其運(yùn)行中的積極保障作用也比較顯著，但是對(duì)于變壓器連接方式的科學(xué)性要求比較高。連接方式對(duì)變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性能有決定性影響，因而需要保證連接方式構(gòu)建下，V/V形態(tài)運(yùn)行能效能夠達(dá)到穩(wěn)定水平。在具體應(yīng)用該變壓器時(shí)，連接之后變壓器運(yùn)行系統(tǒng)會(huì)設(shè)置兩個(gè)單相，這樣變壓器在實(shí)際工作期間能夠形成兩條工作運(yùn)行途徑[2]。當(dāng)其中一臺(tái)變壓器因某種原因不能正常運(yùn)行，或者是運(yùn)行的狀態(tài)出現(xiàn)異常能效降低等情況時(shí)，另外一臺(tái)變壓器就能夠接收信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)，接替異常的變壓器進(jìn)行工作，接替運(yùn)行的效率比較高，完全能夠?qū)ψ儔浩髡w運(yùn)行的狀態(tài)提供穩(wěn)定的保障。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，這種變壓器連接狀態(tài)下，變壓器裝置運(yùn)行性能能夠得到優(yōu)化，在進(jìn)行電力傳輸?shù)倪^(guò)程中，電能轉(zhuǎn)化應(yīng)用率比較高，有效地促進(jìn)了系統(tǒng)電能利用充分性的提升，也因此在電氣化鐵路供電牽引系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。

3.4 三相變壓器的連接

三相變壓器的連接方式，實(shí)際應(yīng)用也比較常見，但是三相變壓器的整體連接模式具有一定的復(fù)雜性。通過(guò)科學(xué)規(guī)范的連接，變壓器的運(yùn)行功能能夠得到大幅度優(yōu)化，功能也更加多樣，變壓器在供電牽引系統(tǒng)中發(fā)揮的實(shí)效作用更佳。三相變壓器的具體連接方式需要結(jié)合實(shí)際具體設(shè)計(jì)，通常情況下，在系統(tǒng)牽引變電所區(qū)域，需要設(shè)置兩三臺(tái)三相接線變壓器，組成的變壓器組有3組，一次繞組連接在110 kV高壓側(cè)產(chǎn)生的形狀為星形，與牽引網(wǎng)連接的二次側(cè)繞的形狀為三角形。而供電臂就是與三角形的兩個(gè)角分別連接，另一側(cè)接在行車軌道上。三角形兩個(gè)角的軌道電壓是不同的，所以就要進(jìn)行電分相設(shè)置[3]。

實(shí)際上，三相變壓器的連接應(yīng)用，還需要對(duì)電氣化鐵路建設(shè)地理環(huán)境的負(fù)荷水平進(jìn)行考量，保證變電器選擇的適用性，在牽引變壓器實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)設(shè)置兩個(gè)繞組就能夠很好地滿足負(fù)荷需求。因而在三相變壓器選擇與連接期間，需要結(jié)合實(shí)際情況綜合考量?？偟膩?lái)說(shuō)，三相變壓器連接的應(yīng)用能夠節(jié)約成本，連接占用的空間也比較少，連接形成的三相電力系統(tǒng)運(yùn)行中，基本不會(huì)發(fā)生電流不對(duì)稱的問(wèn)題，存在的不良問(wèn)題是不能對(duì)未連接鋼軌的一相容量進(jìn)行應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展依靠電氣化鐵道系統(tǒng)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，取得了良好的優(yōu)化效果，而供電牽引系統(tǒng)在電氣化鐵道中的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于鐵道運(yùn)輸?shù)哪茉蠢寐室约斑\(yùn)輸能效提升有重要的作用。并且變電器在供電牽引系統(tǒng)中發(fā)揮著穩(wěn)定性保障作用，對(duì)變電器的應(yīng)用與連接方式科學(xué)優(yōu)化具有必要性，通過(guò)對(duì)變電器連接方式的優(yōu)化，為電氣化鐵道運(yùn)行質(zhì)量提升提供更多助力。