一种城市轨道交通牵引变压器制造技术

一种城市轨道交通牵引变压器，包括高、低压绕组及设在高、低压绕组之间的辅助绕组，高压绕组轴向双分裂为两个绕组，均为延边三角形接法，移相为+7.5º或‑7.5º，并联运行；低压绕组轴向双分裂为两个绕组，分别为d接法和y接法，各自独立运行；辅助绕组轴向双分裂为两个绕组，均为d接法，各自独立接地运行；辅助绕组采用铜箔绕制，高于低压绕组高度，容量为变压器容量的20%～30%，绝缘水平按低压绕组的设计，工作时2台12脉波、相角差15º的牵引变压器并联运行，以24脉波整流方式供电。该牵引变压器可同时实现磁路屏蔽和电屏蔽，消除谐波对城市电网、通讯系统的危害，降低变压器的空载损耗和负载损耗，满足国家标准的要求。

A traction transformer for Urban Rail Transit

【技术实现步骤摘要】
一种城市轨道交通牵引变压器
本技术涉及一种变压器，特别涉及一种新型的用于城市轨道交通的牵引变压器。
技术介绍
城市轨道交通牵引变压器在给机车提供电能的同时，产生大量的谐波电流，这会对城市电网、通讯系统的产生严重影响，为抑制谐波，通常采用多脉波整流方式供电，即在每座变电站设置2套12脉波整流机组，每套整流机组由一台牵引变压器和一台整流器组成，两台牵引变压器相角差15º，两套整流机组并联运行，以24脉波整流方式供电；但仍然不能有效抑制谐波，原因如下：1．以24脉波整流方式供电，理论上网侧电流中只有23和25次及以上特征谐波，实际上由于各种非理想因数的存在，如电网电压不对称、触发延时不对称、网侧移相角误差等，不可避免地产生其他非特征次数的谐波，通过检测发现，网侧电流除23和25次外，还有残余的5、7、11、13次谐波，其中23次谐波含量最大，其次顺序为25、5、7、11、13次；2．一条轨道交通线，随着长度里程的不同，包括数座变电站至数十座变电站，每座变电站功率常在3200kW～8800kW范围，由于各变电站产生的23次和25谐波电压和谐波电流在电网内是相互叠加的，易造成电网中23次和25次谐波电压和谐波电流超标，在一些多条轨道交通线汇集区，23次和25次谐波对电网的危害更为突出，以2500kVA/35kV城市轨道交通牵引变压器为例，其23次谐波电流约为基波电流的1%；在35kV电网侧，额定负荷时，输出的23次谐波电流为0.41A；4座整流变电站、8台2500kVA牵引变压器全负荷同时工作时,合成的23次电流为8×0.41=3.28A,比GB/T14549标准35kV电压23次谐波电流标准要求值(2.7A)大21.5%；3．在城市轨道交通发展的中后期，由于负荷的增加，普遍会出现23次和25次电网谐波超标准要求问题；部分地区还可能出现残余5次和7次谐波引起的电网5次和7次谐波超标准要求。目前的解决方案是：在城市轨道交通牵引变压器与电网的联接处设置谐波治理设备，以图把谐波电流控制在国家标准要求值内，消除谐波对城市电网、通信系统的危害（现有城市轨道交通牵引变压器工作状态如附图5所示，每台牵引变绕组布置如附图6所示）；存在的问题是：构成谐波治理设备的各次谐波滤波器群、开关群及配套的检修设备不仅占地面积大，而且投资和维护费用大，从而增大了变电站的总投资成本。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种新型的城市轨道交通牵引变压器，以克服已有技术所存在的上述不足。本技术采取的技术方案是：一种城市轨道交通牵引变压器，包括铁芯、高压绕组和低压绕组，所述低压绕组与高压绕组之间设置辅助绕组，低压绕组、辅助绕组和高压绕组沿铁芯径向自内向外依次排绕，在空间上辅助绕组离低压绕组近，离高压绕组远；所述辅助绕组采用铜箔绕制，铜箔绕制构成的辅助绕组其高度方向不低于低压绕组高度；辅助绕组的容量为变压器容量的20%～30%，辅助绕组的绝缘水平按低压绕组的绝缘水平设计；所述高压绕组轴向双分裂为第一高压绕组和第二高压绕组，第一高压绕组和第二高压绕组并联后引出，并联运行；所述第一高压绕组和第二高压绕组均为延边三角形接法，移相为+7.5º或-7.5º；所述低压绕组轴向双分裂为第一低压绕组和第二低压绕组，各自独立引出，即第一低压绕组和第二低压绕组独立运行，第一低压绕组为d接法，第二低压绕组为y接法；所述辅助绕组轴向双分裂为第一辅助绕组和第二辅助绕组，各自独立接地运行，第一辅助绕组和第二辅助绕组均为d接法；工作时，一台移相为+7.5º的牵引变压器与一台整流器构成一套12脉波整流机组，一台移相为-7.5º的牵引变压器与另一台整流器构成一套12脉波整流机组，两套相角差15º的整流机组并联运行，构成24脉波整流工作方式。其进一步的技术方案是：所述高压绕组、低压绕组和辅助绕组之间的短路电抗关系满足下述关系：X13+X23≈X12，其中：X12—辅助绕组开路时高压绕组与低压绕组之间的短路电抗，X13—低压绕组开路时高压绕组与辅助绕组之间的短路电抗，X23—高压绕组开路时低压绕组与辅助绕组之间的短路电抗。由于采取上述技术方案，本技术之一种城市轨道交通牵引变压器具有如下有益效果：1．本技术之一种城市轨道交通牵引变压器，通过改变城市轨道交通牵引变压器内部结构，实现磁路屏蔽和电屏蔽相结合，使牵引变压器在工作过程中产生和注入电网的谐波电流满足国家标准对电能质量的相关要求，从而消除谐波对城市电网、通讯系统的危害：（1）由于采用铜箔绕制的辅助绕组，其高度方向不低于低压绕组高度，而且辅助绕组靠近低压绕组，铜箔对低压绕组形成电屏蔽，可有效地切断高、低压绕组之间的电容性电磁耦合，避免高次谐波以感应方式通过高压绕组进入电网（谐波次数越高，消除谐波效果越明显）（参见附注一）；（2）由于在低压绕组与高压绕组之间增加了d接法的辅助绕组，即“低压绕组、辅助绕组和高压绕组沿铁芯径向自内向外依次排绕”（目前城市轨道交通牵引变无此结构），高压绕组、低压绕组和辅助绕组之间的短路电抗关系满足下述关系：X13+X23≈X12，在铁芯磁路中，低压绕组的某一次谐波电流在铁芯中产生的谐波磁通∅2nf，将在辅助绕组产生感应谐波电势，由于辅助绕组为d接，是个闭合回路，会产生感应谐波电流，该感应谐波电流在铁芯中产生的感应谐波磁通∅3nf将平衡谐波磁通∅2nf，从而在铁芯中消除谐波磁通∅2nf部分，使高压绕组通过磁路感应产生的谐波电流接近为零（参见附注二）；2．本技术之一种城市轨道交通牵引变压器采用磁路屏蔽和电屏蔽相结合，在减少牵引变压器铁芯中的磁通谐波成分、高压绕组中的电流谐波成分的同时，又降低了变压器的空载损耗、空载电流、负载损耗以及变压器的振动、噪音和温升，从而延长变压器使用寿命；3.目前国家标准中没有用于抑制谐波的辅助绕组的容量的相关规定，但经实验并结合实践经验，选择辅助绕组的容量为变压器容量的20%～30%，可有效避免容量闲置（谐波污染严重的取大值）；而辅助绕组的绝缘水平按低压绕组的绝缘水平设计（即辅助绕组的绝缘标准按低压绕组的绝缘标准设计），可以大大降低制造成本；4．本技术之一种城市轨道交通牵引变压器，不需另增设滤波装置，不占用地面积，从而减少了设置各次谐波滤波器群和开关群及检修设备的投资和维护费用，极大的降低整流变电站的投资成本。下面结合附图和实施例对本技术之一种城市轨道交通牵引变压器的技术特征作进一步的说明。附图说明图1为本技术之一种城市轨道交通牵引变压器的绕组布置示意图；图2为本技术之一种城市轨道交通牵引变压器的工作原理图；图3为现有城市轨道交通牵引变压器工作原理图；图4为现有城市轨道交通牵引变压器的绕组布置示意图；图5为现有带平衡绕组或第三绕组变压器的绕组布置示意图；图6为现有在高、低压绕组之间设置地屏的变压器绕组布置示意图；图中：Ⅰ—高压绕组（Ⅰ+—正移相，Ⅰ-—负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市轨道交通牵引变压器，包括铁芯（Ⅳ）、高压绕组（Ⅰ）和低压绕组（Ⅱ），其特征在于：/n所述低压绕组（Ⅱ）与高压绕组（Ⅰ）之间设置辅助绕组（Ⅲ），低压绕组、辅助绕组和高压绕组沿铁芯径向自内向外依次排绕，在空间上辅助绕组离低压绕组近，离高压绕组远；所述辅助绕组（Ⅲ）采用铜箔绕制，铜箔绕制成的辅助绕组其高度方向不低于低压绕组高度；辅助绕组的容量为变压器容量的20%～30%，辅助绕组的绝缘水平按低压绕组的绝缘水平设计；/n所述高压绕组轴向双分裂为第一高压绕组（Ⅰ1）和第二高压绕组（Ⅰ2），第一高压绕组（Ⅰ1）和第二高压绕组（Ⅰ2）并联后引出，并联运行；所述第一高压绕组（Ⅰ1）和第二高压绕组（Ⅰ2）均为延边三角形接法，移相为+7.5º或-7.5º；/n所述低压绕组（Ⅱ）轴向双分裂为第一低压绕组（Ⅱ1）和第二低压绕组（Ⅱ2），各自独立引出，即第一低压绕组（Ⅱ1）和第二低压绕组（Ⅱ2）独立运行，第一低压绕组（Ⅱ1）为d接法，第二低压绕组（Ⅱ2）为y接法；/n所述辅助绕组（Ⅲ）轴向双分裂为第一辅助绕组（Ⅲ1）和第二辅助绕组（Ⅲ2），各自独立接地运行，第一辅助绕组（Ⅲ1）和第二辅助绕组（Ⅲ2）均为d接法；/n工作时，一台移相为+7.5º的牵引变压器与一台整流器构成一套12脉波整流机组，一台移相为-7.5º的牵引变压器与另一台整流器构成一套12脉波整流机组，两套相角差15º的整流机组并联运行，构成24脉波整流工作方式。/n...

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通牵引变压器，包括铁芯（Ⅳ）、高压绕组（Ⅰ）和低压绕组（Ⅱ），其特征在于：
所述低压绕组（Ⅱ）与高压绕组（Ⅰ）之间设置辅助绕组（Ⅲ），低压绕组、辅助绕组和高压绕组沿铁芯径向自内向外依次排绕，在空间上辅助绕组离低压绕组近，离高压绕组远；所述辅助绕组（Ⅲ）采用铜箔绕制，铜箔绕制成的辅助绕组其高度方向不低于低压绕组高度；辅助绕组的容量为变压器容量的20%～30%，辅助绕组的绝缘水平按低压绕组的绝缘水平设计；
所述高压绕组轴向双分裂为第一高压绕组（Ⅰ1）和第二高压绕组（Ⅰ2），第一高压绕组（Ⅰ1）和第二高压绕组（Ⅰ2）并联后引出，并联运行；所述第一高压绕组（Ⅰ1）和第二高压绕组（Ⅰ2）均为延边三角形接法，移相为+7.5º或-7.5º；
所述低压绕组（Ⅱ）轴向双分裂为第一低压绕组（Ⅱ1）和第二低压绕组（Ⅱ2），各自独立引出，即第一低压绕组（Ⅱ1）和第二低压绕组（Ⅱ2）独...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永革，徐海军，王涛，陈天平，田富，胡旭初，陈磊，李武宁，范韦波，苏江涛，
申请(专利权)人：广西柳州特种变压器有限责任公司，
类型：新型
国别省市：广西;45