組合式牽引變壓器和配電變壓器的探討

吳樹強

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

1 概述

隨著我國城市軌道交通建設的發展，一些大都市在市郊或主城區與衛星城間開始了市域線(或市郊線)的建設，而一些中小城市(區)也開始了有軌電車、單軌等新交通系統的建設。就供電而言，這些市域線與地鐵相比有下列顯著的不同點:

(1)基本以高架和地面線為主，車站以高架站居多。

(2)市域線在市郊的站間距較大，有可能需要設置區間牽引變電所。

(3)新交通系統的客流量很小，列車長度較短，各系統的配置也較簡單，車站體量較小。

上述特點決定了市域線和新交通系統需要配置的車站配電變壓器的容量較小。一般地說，對于6輛編組的高架車站，配置2臺250 kVA～400 kVA的配電變壓器可滿足要求;而對于車站體量更小的新交通系統車站，需要配置的配電變壓器容量更小。

地下區段區間牽引變電所，由于其需要承擔區間通風等動力負荷，實際上設計成了牽引降壓混合變電所，一般需要配置2臺250 kVA左右的配電變壓器;高架和地面區段的區間牽引變電所是真正意義上的牽引變電所，但由于牽引變電所自身需要有所用電，并兼顧少量的區間照明和維修用電，一般只需要設置2臺30 kVA～50 kVA的配電變壓器。

2 牽引變壓器和配電變壓器

在城市軌道交通的沿線和車輛段、停車場需要設牽引變電所，正線上的牽引變電所一般設置在車站，區間較長時也可能設置區間牽引變電所;在各車站、車輛段、停車場、控制中心和區間風井處需要設降壓變電所。設在同一處的牽引變電所和降壓變電所一般合建為牽引降壓混合變電所。

典型的牽引降壓混合變電所包含2臺牽引變壓器和2臺配電變壓器，每臺變壓器的高壓側需配置一面斷路器柜。正常時2臺牽引變壓器在同一母線上并聯運行以實現等效24脈波整流，2臺配電變壓器在不同母線上分列運行，互為備用。

3 牽引變壓器和配電變壓器的合并

對于小容量的配電變壓器，專門為每臺變壓器配1面斷路器柜是不經濟的，如果中壓網絡的電壓是35 kV，需要配GIS柜更是一種浪費。當然也可以嘗試用負荷開關或熔斷器取代斷路器。本文提出將小容量的配電變壓器與牽引變壓器合并，以省下配電變壓器的斷路器柜。

(1)方案一

采用常規的牽引變壓器和小容量的配電變壓器，在外部接線上把2臺變壓器的高壓側并在一起，在配電變壓器前可串1個熔斷器(也可采用負荷開關加熔斷器的方式直接接入中壓母線，在此不討論)，如圖1左圖所示(圖中省略了隔離用的隔離開關，下同)。

圖1 牽引變壓器和配電變壓器組合接線示意

方案一有悖于變配電的常規設計，在房屋式變電所中的占地面積也不小，難以被接受。如果是箱式變電所，可采用圖1右圖所示的接線。

(2)方案二

將小容量的配電變壓器放在牽引變壓器的本體中，形成組合式牽引變壓器和配電變壓器，配電變壓器與牽引變壓器的鐵芯和線圈相互獨立，以免配電變壓器的負荷變化影響等效24脈波整流，如圖2所示。

圖2 組合式變壓器接線示意

(3)方案三

將小容量的配電變壓器放在牽引變壓器的本體中，配電變壓器共用牽引變壓器的鐵芯和一次線圈，這是一種理想的牽引變壓器和配電變壓器組合。但這種變壓器會由于配電負荷的變化而影響等效24脈波整流，隨著技術的進步，將來也許能解決這個問題。

4 牽引降壓混合變電所主接線方案

采用了組合式變壓器后，供電設計時可根據該牽引降壓混合變電所的重要性采用下列之一的主接線。

(1)兩路進線方案

市郊線和新交通系統以高架和地面線居多，新交通系統的載客量又很小。為減少供電系統的投資，可簡化系統接線，牽引降壓混合變電所采用圖3所示的兩路進線方案。

圖3 牽引降壓混合變電所兩路進線方案示意

如圖3所示，兩路進線實際上是一進一出，變電所只引入一回中壓環網電纜，另一回電纜跨過本變電所。本接線方案只需配置2面斷路器，比常規牽引降壓混合變電所減少了5面斷路器柜。

(2)四路進線方案

如果對本牽引降壓混合變電所的可靠性要求較高，可采用常規的四路進線方案。

如圖4所示，四路進線實際上是兩進兩出，兩路中壓環網電纜都經過變電所，與常規的變電所沒有區別，但它只比常規的牽引降壓混合變電所減少了1面斷路器柜，所以其意義不大。

圖4 牽引降壓混合變電所四路進線方案示意

5 結束語

隨著城市軌道交通向市郊和中小城市發展，會有越來越多的牽引降壓變電所只需要配置小容量的變壓器，本文提出了簡化這種牽引降壓混合變電所的一種設計思路，希望能夠起到拋磚引玉的作用，減少直流牽引供電的投資。

［1］GB50157—2003 地鐵設計規范［S］

［2］GB50458—2008 跨座式單軌交通設計規范［S］

［3］GB/T10228—1997 干式電力變壓器［S］