專利名稱：多功能阻抗匹配牽引變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種多功能阻抗匹配牽引變壓器。具體涉及將對(duì)稱三相電力系統(tǒng)變換為二相幅值相等，彼此相位差為90°電角度的二相電力系統(tǒng);或?qū)⒎迪嗟?，彼此相位差?0°電角度的二相電力系統(tǒng)變換為對(duì)稱的三相電力系統(tǒng)，且在實(shí)現(xiàn)三相變二相的同時(shí)，還具有三相變?nèi)嗟淖儔汗δ?，以?shí)現(xiàn)對(duì)牽引變電所的所用電和鄰近地區(qū)其他三相負(fù)荷供電，并可引接無功補(bǔ)償裝置與濾波裝置以作改善功率因數(shù)與抑制諧波之用，在阻抗匹配原理之基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多功能，以有效發(fā)揮牽引變壓器的綜合效益。
專利申請(qǐng)?zhí)枮?2217901.8的發(fā)明專利介紹了一種阻抗匹配平衡變壓器。它包括鐵心，A、B、C三相繞組、油箱及散熱器等。三相側(cè)為星形和三角形接線，二相側(cè)在三角形接線的基礎(chǔ)上，在中間相B相外加了二個(gè)支臂繞組。A、C相繞組的布置相同均為三繞組，中間相B相為四繞組，A、B、C三相電磁容量相等，安匝數(shù)各自平衡。各繞組的匝數(shù)關(guān)系為WAX＝WBY＝WCZ＝WⅠWax＝Wby＝Wcz＝WⅡWda＝Wbe＝0.5(3]]>-1)WⅡWc2＝Wa2Wc3＝Wa3A、B、C三相各繞組的等值阻抗關(guān)系為
ZAX=ZBY=ZCZ=ZIZa x=Zc a=13+1Zby=ZI I]]>Za x=W2a 2W2I IZ＇a 2+W2a 3W2I IZ＇a 3]]>Zb y=12(ZKB14+ Z′KB24- ZKB12) (WIIWI)2]]>Zc z(Wc2WII)2Z′c 2+ (Wc 3WII)2Z′c 3]]>c、d、e三點(diǎn)短接時(shí)，從原方看進(jìn)去的三相短路阻抗相等。
滿足上述匝數(shù)關(guān)系及阻抗匹配關(guān)系的阻抗匹配平衡變壓器當(dāng)二相側(cè)負(fù)載的大小及功率因數(shù)相同時(shí)，三相側(cè)是對(duì)稱系統(tǒng)，既無負(fù)序電流，又無零序電流。如果二相側(cè)接的是幅值相等，相位差為90°的電源，三相側(cè)得到對(duì)稱的三相電壓。上述阻抗匹配平衡變壓器原方中性點(diǎn)能直接接地，主要用于110KV及以上電壓的大電流接地系統(tǒng)，同時(shí)又能適用于三相電壓較低的小電流接地的電力系統(tǒng)，三相側(cè)調(diào)壓抽頭較容易，三次諧波電流較小，材料利用率較高。但是利用上述阻抗匹配平衡變壓器作電氣化鐵道牽引變電所的主變壓器時(shí)，所用電與鄰近地區(qū)其他三相負(fù)荷，必須由附加的專用降壓變壓器來供電，設(shè)備較為復(fù)雜經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差;無功補(bǔ)償裝置必須設(shè)于牽引負(fù)荷側(cè)，因其電壓較高，成本較貴。此阻抗匹配平衡變壓器雖可有效抑制負(fù)序電流，提供三次諧波的激磁電流回路，利于改善磁通和電勢(shì)波形，但對(duì)抑制牽引負(fù)荷高次諧波的作用并不明顯，須靠外加濾波裝置來解決，與已有牽引變壓器的濾波方式對(duì)比，沒有本質(zhì)改進(jìn)，從這一點(diǎn)來看，經(jīng)濟(jì)效益仍不佳。
本發(fā)明的目的是提供一種在實(shí)現(xiàn)三相變兩相的同時(shí)，具有三相變?nèi)嗟淖儔汗δ?，能給牽引變電所的所用電和鄰近地區(qū)其他三相負(fù)荷供電，并可引接無功補(bǔ)償與濾波裝置，供改善功率因數(shù)與抑制諧波之用，本發(fā)明在專利申請(qǐng)?zhí)枮?2217901.8的阻抗匹配平衡變壓器的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用阻抗匹配原理開發(fā)新的功能，以發(fā)揮牽引變電所主變壓器的多方面效益。
本發(fā)明的技術(shù)方案為它包括鐵心A、B、C三相繞組，油箱及散熱器等，三相側(cè)AX、BY、CZ為星形或三角形接線，二相側(cè)在三角形接線的基礎(chǔ)上，在中間相B相外加二個(gè)支臂繞組df與ge，A、C相繞組的布置相同均為三繞組，繞組fc(或cg)分成二個(gè)繞組fa、ac(或cb，bg)串聯(lián)，中間相B相為四繞組，A、B、C三相電磁容量相等，安匝數(shù)各自平衡，各繞組的匝數(shù)關(guān)系為WAX＝WBY＝WCZ＝WⅠWfc＝Wcg＝Wgf＝WⅡWdf＝Wge＝0.5(3]]>-1)WⅡWfa＝WbgWac＝WcbA、B、C三相各繞組的等值漏阻抗的關(guān)系為ZAX=ZBY=ZCZ=ZⅠZf c= Zc g=13+ 1Zf g= ZI I]]>Zf c=W2f aW2IIZ′f a+W2a cW2IIZ′a c]]>
Zg c=W2g bW2IIZ′g bW2b cW2IIZ′b c]]>Zf g=12(ZKB14+ Z′KB24- ZKB12) · (WIIWI)2]]>兩支臂繞組的等值漏電抗相等，并在c、d、e三點(diǎn)短接時(shí)，按從原方看進(jìn)去的三相短路阻抗相等的條件確定支臂的阻抗，本發(fā)明的特點(diǎn)是在二邊相f、c與c、g引出自耦抽頭a和b，與底部結(jié)點(diǎn)c構(gòu)成第三級(jí)三相輸出電壓，供牽引變電所的所用電，地區(qū)負(fù)荷供電和接入無功補(bǔ)償與濾液裝置之用，其抽頭位置由其供電電壓及繞組的阻抗匹配關(guān)系來確定，通常情況下可取第三級(jí)電壓UⅢ＝10.5KV，繞組ac的等值漏阻抗Zac與繞組fc的等值漏阻抗Zfc(或繞組bc的等值漏阻抗Zbc與繞組gc的等值漏阻抗Zgc)的比值X，以及繞組ac的匝數(shù)Wac與繞組fc的匝數(shù)Wfc(或繞組bc之匝數(shù)Wbc與繞組gc之匝數(shù)Wgc)的比值Y，應(yīng)分別滿足下述關(guān)系X＝0.070249UⅢY＝0.0434336UⅢUⅢ＝Uac＝Ubc＝Uab＝Y(jié)Ufc滿足上述關(guān)系的多功能變壓器除了當(dāng)二相側(cè)負(fù)載的大小及功率因數(shù)相同時(shí)，三相側(cè)是對(duì)稱系統(tǒng)，既無負(fù)序電流，又無零序電流之外，尚能提供三相電源供所用電，地區(qū)負(fù)荷或無功補(bǔ)償與濾波之用，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明如下

圖1為本發(fā)明的繞組接線圖。
圖2為本發(fā)明的變壓器的繞組布置及連接方式的實(shí)施例的示意圖。
圖3為說明本變壓器濾除高次諧波的原理圖。
如圖1所示，AX、BY、CZ分別為A、B、C三相側(cè)的繞組。N為中性點(diǎn)，可根據(jù)需要接地或不接地。fc為A相三角形接線內(nèi)的繞組，a為中間抽頭，cg為C相三角形接線內(nèi)的繞組，b為中間抽頭，gf為B相三角形內(nèi)接線的繞組，df和ge為中間相B相的二個(gè)支臂繞組。三個(gè)負(fù)載Za、Zb、Zc可以是所用電，地區(qū)負(fù)荷、無功補(bǔ)償或?yàn)V波的外接負(fù)荷。
如圖2所示，AX、BY、CZ為A、B、C三相側(cè)的繞組，N為中性點(diǎn)可根據(jù)需要接地或不接地。fc、fg、cg分別為A、B、C三相在二相側(cè)的三角形接線內(nèi)的繞組，其中fc由fa、ac二個(gè)繞組串接，a為中間抽頭，cg由cb、bg二個(gè)繞組串接，b為中間抽頭。變壓器的鐵心為等截面三柱式鐵心，A、C相繞組布置相同，為三繞組變壓器，繞組AX(或CZ)布置在最外層(或最內(nèi)層視降壓或升壓而定)，繞組fa(或bg)分成三個(gè)部分相串聯(lián)，繞組ac(或cb)分成二個(gè)部分相串聯(lián)。B相為四繞組變壓器。同A、C相一樣，繞組BY可布置在最外層(或最內(nèi)層)，繞組fg布置在最內(nèi)層(或最外層)，二支臂繞組df、ge分別由二個(gè)繞組交叉串接布置于中間層，這樣可減少支臂繞組df、ge的等值漏阻抗，并通過布置的對(duì)稱性保證兩者的阻抗相等并改善安匝平衡，以減少橫向漏磁。
如圖3所示，ac、cb、ba之間分別外接三個(gè)相同的電容。對(duì)基波來說，變壓器繞組作為電壓源，電容器為接入電壓源的容性負(fù)荷。對(duì)諧波來說，二供電支臂回路為電流源，電容器成為繞組的分流支臂。繞組fg的的感抗隨諧波次數(shù)的增高成比例增大，而電容器回路的容抗則成反比例減小，諧波電流將主要從fa支路經(jīng)電容返回。這時(shí)對(duì)低壓側(cè)a相的ac部分繞組來說，相當(dāng)于諧波電流經(jīng)電容電抗短路。繞組ac流過與繞組fa相反方向的電流，故該同相的二部分繞組起著自耦聯(lián)系的安匝平衡作用。與此同時(shí)，當(dāng)繞組df流過高次諧波電流時(shí)，繞組fg由于磁耦聯(lián)系要產(chǎn)生相應(yīng)諧波次數(shù)的電勢(shì)，經(jīng)ab間的電容形成閉合回路，使該相繞組的不同部分保持安匝平衡。這樣，換算到原方三相系統(tǒng)的高次諧波應(yīng)接近為零，即高次諧波電流經(jīng)電容器返回而不注入到原方三相系統(tǒng)。
本發(fā)明主要適用于電氣化鐵道牽引變電所的主變壓器或其他需要將對(duì)稱的三相電壓變換為二相幅值相等，相位差為90°的電壓，或進(jìn)行上述反變換且需要低壓三相電源以供給所用電、地區(qū)負(fù)荷或作為無功補(bǔ)償或?yàn)V波的情況。
此多功能阻抗匹配牽引變壓器主要適用于鐵道供電系統(tǒng)的直供或BT供電方式。變壓器的三相側(cè)接于三相電力系統(tǒng)，中性點(diǎn)N可根據(jù)電力系統(tǒng)的要求接地或不接地，二相側(cè)分別向上、下行牽引網(wǎng)供電。由于該變壓器還能將三相高壓電源變換為三相低壓電源，所以還能給所用電與地區(qū)負(fù)荷提供電源以節(jié)省一臺(tái)專門的降壓變壓器。由于無功補(bǔ)償可在三相低壓側(cè)進(jìn)行，所以可以降低無功補(bǔ)償設(shè)備的絕緣水平，因而可以降低造價(jià)。由于變壓器本身與外加電容一起可以構(gòu)成高次諧波的通路，所以可以提高濾波效果而有利抑制高次諧波成份，減少諧波對(duì)三相電力系統(tǒng)的影響而提高供電質(zhì)量，與專門外加濾波裝置相比，其費(fèi)用可明顯減少。總之利用此多功能變壓器作為鐵道電氣化牽引變電所的主變壓器，不僅可有效抑制負(fù)序電流，并可利用安匝平衡作用來消除傳入原方三相系統(tǒng)的高次諧波，有利降低變電所的投資費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益顯著。
權(quán)利要求
1.一種多功能阻抗匹配牽引變壓器，包括鐵心A、B、C三相繞組，油箱及散熱器等，三相側(cè)AX、BY、CZ為星形或三角形接線，二相側(cè)在三角形接線的基礎(chǔ)上，在中間相B相外加二個(gè)支臂繞組df與ge，A、C相繞組的布置相同均為三繞組，繞組fc(或cg)分成二個(gè)繞組fa、ac(或cb，bg)串聯(lián)，中間相B相為四繞組，A、B、C三相電磁容量相等，安匝數(shù)各自平衡，各繞組的匝數(shù)關(guān)系為WAX=WBY=WCZ=WⅠWfc=Wcg=Wgf=WⅡWdf=Wge=0.5(3- 1]]>)WⅡWfa=WbgWac=WcbA、B、C三相各繞組的等值漏阻抗的關(guān)系為ZAX=ZBY=ZCZ=ZⅠZf c= Zc g=13+ 1Zf g= ZII]]>Zf c=W2f aW2IIZ′f a+W2a cW2IIZ′a c]]>Zg c=W2g bW2IIZ′g b+W2b cW2IIZ′b c]]>Zf g=12(ZKB14+ Z′KB24- ZKB12) · (WIIWI)2]]>兩支臂繞組的等值漏阻抗相等，并在c、d、e三點(diǎn)短接時(shí)，按從原方看進(jìn)去的三相短路阻抗相等的條件確定支臂阻抗，本發(fā)明的特征是在二邊相f、c與c、g引出自耦抽頭a和b，與底部結(jié)點(diǎn)c構(gòu)成第三級(jí)三相輸出電壓，供牽引變電所的所用電，地區(qū)負(fù)荷供電和接入無功補(bǔ)償與濾波裝置之用，其抽頭位置由其供電電壓及繞組的阻抗匹配關(guān)系來確定，通常情況下可取第三級(jí)電壓UⅢ=10.5KV，繞組ac的等值漏阻抗Zac與繞組fc的等值漏阻抗Zfc(或繞組bc的等值漏阻抗Zbc與繞組gc的等值漏阻抗Zgc)的比值X，以及繞組ac的匝數(shù)Wac與繞組fc的匝數(shù)Wfc(或繞組bc之匝數(shù)Wbc與繞組gc之匝數(shù)Wgc)的比值Y，應(yīng)分別滿足下述關(guān)系X=0.070249UⅢY=0.0434336UⅢUⅢ=Uac=Ubc=Uab=YUfc
全文摘要
一種多功能阻抗匹配牽引變壓器，其特點(diǎn)是在二邊相繞組fc與cg的中間，引出自耦抽頭a和b，與底部結(jié)點(diǎn)c構(gòu)成三相輸出電壓，供變電所的所用電、地區(qū)負(fù)荷供電和接入無功補(bǔ)償與濾波裝置之用。繞組ac的等值漏阻抗Z
文檔編號(hào)H01F27/28GK1102272SQ9311556
公開日1995年5月3日 申請(qǐng)日期1993年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月3日
發(fā)明者劉福生, 肖樂軍 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)