高速鐵路V/X結線牽引變壓器的研究與應用

陳炯峰

（南寧鐵路局柳南電化建指，工程師，廣西 南寧 530003）

隨著我國國民經濟的持續穩定發展，人民生活水平的提高，高速鐵路的發展在我國已成為一種趨勢。以京津高鐵為起點，隨著武廣、京滬高鐵的開通，高鐵發展已進入建設高峰期。高速鐵路速度高、運量大、行車密度大的特點，使得供電系統輸送的功率大，對牽引供電系統的要求也隨之增加。因此，對高速鐵路的牽引供電方式和牽引變壓器結線方式進行分析研究，對于高速電氣化鐵路的發展有著重要的意義。

1 牽引供電及牽引變壓器結線的方式

高速鐵路要求接觸網受流質量高，分段和分相點數量少。目前各國大多采用自耦變壓器（AT）供電方式和帶回線的直接（RT）供電方式。AT供電方式通過在牽引網中增設正饋線和自耦變壓器，將牽引供電電壓提高一倍，從而使得牽引網的載流能力大大增加，同時減少對通信線路干擾〔1〕。

單相（三相）V/V結線是牽引變電所主要結線方式之一，原理如圖1和圖2所示。V/V結線牽引變壓器具有結線簡單、制造容易、兩側容量可按需要進行不同的配置及容量利用率高等特點。

圖1 單相Vv聯結牽引變壓器的原理電路圖

圖2 三相Vv聯結牽引變壓器原理電路圖

斯科特（Scott）牽引變壓器實際上是由2臺單相變壓器按規定連接而成（其原理見圖3所示），是AT供電方式下牽引變壓器的選擇之一。其優點是兩供電臂負荷電流大小相等、功率因數也相等時，斯科特結線變壓器一次側三相電流對稱；變壓器容量可全部利用。缺點是斯科特結線牽引變壓器制造難度較大，絕緣水平需采用全絕緣，工程造價高；牽引變電所主接線復雜，設備較多，工程投資大。在AT供電方式下55 k側出口需配備自耦變壓器，從而使變電所占地面積增大。

圖3 斯科特聯結牽引變壓器原理圖

2 V/X結線牽引變壓器的原理

V/X結線是V/V結線的特殊形式，V/X結線牽引變壓器其實由2臺單相雙分裂變壓器組成，主要通過結線將三相供電系統轉化為四相供電系統，其原理如圖4所示。其一次繞組接成固定的V聯結，高壓側A、C、B三相接入三相電力系統的三相，2個二次繞組形成X聯結，牽引繞組T1、T2分別接入接觸網正饋繞組F1、F2與正饋線連接，其中性點N按綜合接地端子箱（即與軌道、地網相連接），高壓繞組AB對應T1、F1繞組組成的低壓繞組1，高壓繞組CB對應T2、F2繞組組成的低壓繞組2。

圖4 V/X結線牽引變壓器原理圖

在AT供電運行方式中，低阻抗是V/X結線牽引變壓器主要的特點之一。針對AT供電對阻抗的要求，變壓器繞組為交錯式繞組，通過交叉線圈以使漏磁相互抵消，實現了低阻抗及牽引繞組T和回饋繞組F阻抗的對稱性。

3 V/X變壓器應用優點

目前，國內電氣化鐵路AT供電方式下的牽引變壓器主要為斯科特變壓器。此種變壓器提供的二次側電壓為27.5 kV，不能直接滿足AT供電系統的要求，因此在斯科特變壓器的二次出口處必須配備1臺2×27.5 kV的自耦變壓器來滿足其特殊的供電方式。

V/X牽引變壓器通過結線可以將三相供電系統轉化為四相供電系統，滿足三相電源輸入兩相輸出的供電條件，提高了容量利用率，能一次有效地解決斯科特變壓器不能直接滿足AT供電要求的難題，同時也替代了斯科特變壓器和自耦變壓器的配合使用，簡化了AT供電系統中牽引變電所的配置。V/X牽引變壓器使用簡單、維護方便，實現了單相牽引供電，同時也滿足AT運行方式對阻抗值的嚴格要求；另一方面，我國許多新建鐵路穿越在高山、丘陵地帶，上、下行線負荷不同，兩供電臂不等容牽引變壓器的需求將會不斷增加，而V/X結線牽引變壓器可方便地實現兩臂不等容；由于地理條件的限制，牽引供電區間距離和現場條件對牽引變壓器的末端電壓和安裝提出了更高的要求，低阻抗（保證供電臂末端電壓不影響電力機車運行）的性能特點和免吊芯（縮短安裝時間，杜絕變壓器器身受潮）的特點，符合高速鐵路的發展和運行。

將三相V/X結線牽引變壓器應用于自耦變壓器（AT）供電方式牽引變電所，具有明顯優勢，比斯科特結線變壓器省2臺自耦變壓器；遠比采用Y，d11結線變壓器或平衡變壓器投資低、結線簡單、維護方便。因此，我國高速鐵路在AT供電方式下開始更多的采用V/X結線牽引變壓器〔2〕。

4 V/X牽引變壓器的應用舉例

廣西沿海高速鐵路是北部灣地區主要鐵路運輸通道，也是廣西及西南地區重要的出海通道，其主要由南欽、欽防、欽北高速鐵路組成，速度值250 km/h。新建220 kv大塘、欽州東、合浦、茅嶺AT牽引變電所給廣西沿海高速鐵路供電，其中團里分區所至三岸分區所段由220 kv五象南AT牽引變電所供電。

上述AT牽引變電所的牽引變壓器均采用三相V/X結線牽引變壓器，牽引變壓器的主要技術規格及性能見表1。

表1 牽引變壓器的主要技術規格及性能

三相V/X結線牽引變壓器有2種形式，一種是由單臺三相-兩相變壓器組成的連體式，變壓器繞組置于同一油箱中；另一種是由2臺獨立的單相變壓器組成的組合式，通過外部的特殊連接形成。廣西沿海高速鐵路牽引變壓器采用的是后者，油浸、自冷式變壓器，預留風冷條件，聯結方式為Ii0+Ii6。

目前，廣西沿海高速鐵路的南欽、欽防段普速已開通，220 kv大塘、茅嶺AT牽引變電所已投入使用，牽引變壓器運行狀態良好。

5 結束語

基于變壓器的安裝容量和節能、牽引變電所的投資和占地面積等方面的考慮，V/X牽引變壓器在高速鐵路的使用越來越多，進一步研究AT供電方式、V/X牽引變壓器下的負序電流、變壓器保護、機車過電分相等問題，對于高速電氣化鐵路的發展有著重要的意義。

〔1〕辛成山，27.5 kV供電的AT供電系統性能分析〔J〕.電氣化鐵道，2002年第2期：1-3頁

〔2〕楊振龍，V_X接線牽引變壓器的研究和應用〔J〕.電氣化鐵道，2004年第4期：12-15頁