基于常規變比電橋測試阻抗平衡牽引變壓器變比的方法

于國旺

基于常規變比電橋測試阻抗平衡牽引變壓器變比的方法

于國旺

朔黃鐵路發展有限責任公司肅寧分公司

該文以朔黃鐵路牽引變電所技改及運行維護中電氣試驗為工作背景，介紹了電氣化鐵道牽引阻抗匹配平衡變壓器的接線方式及其具備的優越條件，并根據交接試驗的實際要求，應用常規的變比電橋測試其變比誤差和進行理論分析，并提出測試中應注意的事項。

平衡牽引變壓器 變比電橋測試 變比誤差

1 使用阻抗匹配平衡牽引變壓器的優點

目前，采用單相工頻交流電作為牽引動力的電氣化鐵路，由于其自身巨大的單相工作負荷，會使三相供電系統處于不平衡運行狀態，在系統中引起負序和零序電流干擾系統正常運行。盡管線路上各牽引變電所采用了一次側相序輪換的措施，仍不能使負序電壓降低到理想水平。國內外為減輕或消除負序電流和零序電流對電網的影響，普遍采用平衡變壓器作為牽引用主變壓器，但是就現在投運的部分平衡變壓器性能及使用狀況來看，斯科特（Scott）接線變壓器一次側不能引出中性點接地；李勃輪克（Leblanc）接線變壓器沒有三角形回路，三次諧波電流不能通過；伍德橋（Woodbridge）接線變壓器需要2臺自耦變壓器且容量利用率只有50%，增加了場地面積和設備投資費用。基于此，阻抗匹配平衡變壓器就以其高壓側中性點可直接接地，低壓側有三角形回路、兩相出線有公共點、可引出接鐵軌、容量利用率高等優點在BT供電方式和直供方式的電氣化鐵路上得到了廣泛的應用。朔黃鐵路牽引變電所技改中用的YNV接線平衡變壓器就是阻抗匹配平衡變壓器中的一種。

2 YNV接線平衡牽引變壓器接線繞組

平衡變壓器原邊接成星形，其繞組匝數為W1。副邊接成三角形，三角形各繞組匝數為W2。在三角形兩個角各連接外延繞組，可構成阻抗匹配平衡變壓器。當連接一組平衡繞組ΔW，并將ΔW與三角形ab繞組繞制在同一個鐵芯柱上，構成YNV接線阻抗匹配平衡變壓器（見圖1），簡稱YNV接線。實際運行中，變壓器原邊接110kV對稱系統，副邊兩個供電臂電壓為27.5kV，形成相位差為90度的二相系統（見圖2），并使原邊三相電流保持對稱。

圖1 YNV接線阻抗匹配平衡變壓器繞組接線圖

圖2 副邊繞組向量圖

YNV接線變壓器（圖1）利用阻抗匹配的方法，使副邊三角形ab繞組阻抗為ac或bc繞組阻抗的R倍，R稱為阻抗匹配系數，平衡繞組aα或bβ的與ab繞組的匝數比分別為：

式中：ΔW與W2為副邊繞組匝數，為固定參數；R為阻抗匹配系數或漏抗系數，R2為電壓系數。

3 研究平衡牽引變壓器變比測試方法的必要性

朔黃鐵路牽引變電所技改中，采用YNV型SQY-40000/ 110平衡牽引變壓器，依據《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》（GB 50150-2006）的要求，以及方便日后預防試驗數據和變壓器故障分析的對比，需要對變壓器的變比進行測試。在日常的試驗工作中，測試變壓器變比使用的是BZC型全自動變比測試儀，該儀器具有精度高、操作方便快捷等優點，但是對于平衡變壓器這種特殊的接線方式，無法直接對其進行測試，不光是該機型不行，目前常規的變比電橋都沒有這種特殊接線方式。通過咨詢該變壓器的生產廠家得知，該變壓器的變比是廠家在兩個匹配繞組與ab繞組斷開的情況下進行測試的，當匹配繞組與ab繞組焊接完成后，變比測試不能進行。這樣，在現場無法準確地對該變壓器進行變比測試，對牽引變壓器的安全投運會帶來一定的隱患。

4 基于常規變比電橋測試平衡牽引變壓器變比的方法

在現場無專用變比測試儀器的情況下，為了克服上述缺陷，我們通過理論分析和實際試驗，建議在使用常規變比電橋測試時，采用單相測量的接線方式測量阻抗匹配平衡牽引變壓器的變比。下面從該變壓器的繞組結構及接線示意圖（見圖3）來分析這樣測試的可行性。

圖3 YNV變壓器繞組結構及接線示意圖

由于向接觸網上下行供電只需兩相，所以副邊線圈中c既成為接地點，不再在變比測試中使用。采用單相接線形式測量時，根據圖3所示，令一次側A與O短接，使其高低壓繞組形成單相對應，為BO/αβ。以朔黃某一牽引變電所實測為例，得出這樣測試的結論，如表1所示。

表1 高低壓變比誤差結果

從表1我們看出，測試的結果與理論計算值相比，呈現正值增大。分析原因，當向BO線圈施加電壓時，產生的磁通量絕大部分通過了AB接線柱，但是仍有一小部分會經由C接線柱分流，這樣的結果就使在低壓側線圈中感應的電動勢減小，從而造成感應電壓變小，變比變大。

5 結論

測試出的變比誤差數據符合《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》（GB 50150-2006）的要求。通過上述結論，我們認為采用單相法測試阻抗匹配平衡變壓器的方法是可行的，同時也可通過全自動變比測試儀顯示的接線組別對變壓器原、副邊的接線情況進行分析，為變壓器繞組質量提供判斷依據。

采用單相法測試阻抗匹配平衡變壓器變比，實現了基于常規電橋對該型變壓器變比的測試，有效彌補了特殊接線方式變壓器現場測試難的問題，也為今后的試驗工作提供了新的方法，這對提高試驗效率和牽引變電所的安全投運具有十分重要的意義。

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