第4章++牽引變壓器容量計算

1、第四章第四章 牽引變壓器牽引變壓器 容量計算容量計算 4.1 概述概述 變壓器容量計算一般分為三個步驟：變壓器容量計算一般分為三個步驟： 1 1、根據(jù)鐵道部任務(wù)書中規(guī)定的年運(yùn)量大小和行車、根據(jù)鐵道部任務(wù)書中規(guī)定的年運(yùn)量大小和行車 組織的要求確定組織的要求確定計算容量計算容量，這是為供應(yīng)牽引負(fù)荷，這是為供應(yīng)牽引負(fù)荷 所必須的容量。所必須的容量。 2 2、根據(jù)列車緊密運(yùn)行時供電臂的有效電流和充分、根據(jù)列車緊密運(yùn)行時供電臂的有效電流和充分 利用牽引變壓器的過載能力，計算利用牽引變壓器的過載能力，計算校核容量校核容量，這，這 是為確保變壓器安全運(yùn)行所必須的容量。是為確保變壓器安全運(yùn)行所必須的容量。 3

2、 3、根據(jù)計算容量和校核容量，再考慮其他因素、根據(jù)計算容量和校核容量，再考慮其他因素 （如備用方式等），并按實(shí)際變壓器系列產(chǎn)品的（如備用方式等），并按實(shí)際變壓器系列產(chǎn)品的 規(guī)格選定變壓器的數(shù)量和容量稱為規(guī)格選定變壓器的數(shù)量和容量稱為安裝容量安裝容量。 一、一、計算列車數(shù)計算列車數(shù)N的計算條件的計算條件 近期近期按調(diào)查按調(diào)查運(yùn)量運(yùn)量計算，考慮計算，考慮波動性波動性和和儲備能力儲備能力 遠(yuǎn)期遠(yuǎn)期按國家要求的按國家要求的輸送能力輸送能力計算，考慮計算，考慮儲備能力儲備能力 國家規(guī)定的需要輸送能力接近線路輸送能力時，按國家規(guī)定的需要輸送能力接近線路輸送能力時，按線線 路輸送能力路輸送能力計算；若低于線

3、路輸送能力的一半時，可計算；若低于線路輸送能力的一半時，可 按按2 2倍需要輸送能力倍需要輸送能力計算。均不考慮波動和儲備系數(shù)計算。均不考慮波動和儲備系數(shù) 計算條件計算條件 當(dāng)采用近期運(yùn)量計算時：當(dāng)采用近期運(yùn)量計算時： 當(dāng)需要輸送能力接近線路輸送能力時：當(dāng)需要輸送能力接近線路輸送能力時： 當(dāng)需要輸送能力低于線路輸送能力的一半時：當(dāng)需要輸送能力低于線路輸送能力的一半時： )( 365 10 4 列列/ /日日 凈凈 線線 G N 凈凈 G N 365 102 4 )( 365 10 4 21 列/日列/日 凈凈 G KK N 波動系數(shù)波動系數(shù) 儲備系數(shù)系數(shù)儲備系數(shù)系數(shù) 線路貨物年運(yùn)量線路貨物年運(yùn)

4、量 列車牽引重量列車牽引重量 貨車凈載重與貨貨車凈載重與貨 車總重之比車總重之比 線路輸送能力線路輸送能力 K K2 2單線單線1.21.2，復(fù)線，復(fù)線1.151.15。K K1 1取取1.21.2 二、二、列車用電量的計算條件列車用電量的計算條件 對于不同類型的列車，都按滿載貨物列車考慮。對于不同類型的列車，都按滿載貨物列車考慮。 當(dāng)電力牽引的旅客列車數(shù)比例較大時，或上、下當(dāng)電力牽引的旅客列車數(shù)比例較大時，或上、下 行方向空載車數(shù)比例很大時，也可分別按實(shí)際的客、行方向空載車數(shù)比例很大時，也可分別按實(shí)際的客、 貨、空列車的用電量計算。貨、空列車的用電量計算。 三、三、牽引變壓器校核容量的計算條

5、件牽引變壓器校核容量的計算條件 按其最大容量的需要來確定，應(yīng)計算最大列車數(shù)：按其最大容量的需要來確定，應(yīng)計算最大列車數(shù)： Nmax(N非 非)。 。 計算容量取決于供電臂的日負(fù)荷電流曲線，計算容量取決于供電臂的日負(fù)荷電流曲線， 該曲線與列車電流大小和列車密度有關(guān)。該曲線與列車電流大小和列車密度有關(guān)。 計算容量的確定計算容量的確定 計算容量計算容量：正常運(yùn)行時供應(yīng)牽引負(fù)荷所必須的容量：正常運(yùn)行時供應(yīng)牽引負(fù)荷所必須的容量 按正常運(yùn)行時的按正常運(yùn)行時的全日平均有效電流全日平均有效電流來計算變壓器的來計算變壓器的 計算容量計算容量。 牽引變電所容量的計算需要如下原始資料：牽引變電所容量的計算需要如下原

6、始資料： 通過區(qū)段的通過區(qū)段的每日列車對數(shù)每日列車對數(shù)； 列車通過牽引變電所列車通過牽引變電所兩邊供電分區(qū)的走行時分兩邊供電分區(qū)的走行時分、給給 電走行時分電走行時分和和能耗能耗； 線路資料，如線路資料，如供電分區(qū)長度，區(qū)間數(shù)供電分區(qū)長度，區(qū)間數(shù)，信號系統(tǒng)等。，信號系統(tǒng)等。 校核容量的確定校核容量的確定 校核容量：校核容量：根據(jù)列車緊密運(yùn)行時根據(jù)列車緊密運(yùn)行時供電臂的有效電流供電臂的有效電流 和充分利用牽引變壓器的過載能力和充分利用牽引變壓器的過載能力，為確保變壓器，為確保變壓器 安全運(yùn)行所必須的容量。安全運(yùn)行所必須的容量。 緊密運(yùn)行：緊密運(yùn)行：線路行車中不可避免的短時間高峰運(yùn)輸線路行車中不可

7、避免的短時間高峰運(yùn)輸 緊密運(yùn)行時行車量，緊密運(yùn)行時行車量，單線按每區(qū)段都有一列列車計單線按每區(qū)段都有一列列車計 算，復(fù)線上下行算，復(fù)線上下行都都按每隔按每隔8分鐘連發(fā)列車計算分鐘連發(fā)列車計算。這。這 時，時，在供電分區(qū)同時運(yùn)行的列車數(shù)在供電分區(qū)同時運(yùn)行的列車數(shù)，等于計算出來，等于計算出來 的列車數(shù)中的的列車數(shù)中的最大列車數(shù)最大列車數(shù)。 牽引變壓器選擇（安裝容量的確定）牽引變壓器選擇（安裝容量的確定） 牽引變電所變壓器容量計算是為了確定變壓器的牽引變電所變壓器容量計算是為了確定變壓器的 安裝容量和臺數(shù)。安裝容量和臺數(shù)。 安裝容量：安裝容量：根據(jù)計算容量和校核容量，在考慮其根據(jù)計算容量和校核容量，

8、在考慮其 他因素（如備用方式等），并按實(shí)際變壓器系列他因素（如備用方式等），并按實(shí)際變壓器系列 產(chǎn)品的規(guī)格選定變壓器的數(shù)量和容量。產(chǎn)品的規(guī)格選定變壓器的數(shù)量和容量。 正常運(yùn)行和緊密運(yùn)行是相對而言的，一般按全日平均有效電流正常運(yùn)行和緊密運(yùn)行是相對而言的，一般按全日平均有效電流 選擇變壓器。選擇變壓器。 1.三相三相YN,d11牽引變電所牽引變電所 計算容量取決于重負(fù)荷繞組的有效電流。計算容量取決于重負(fù)荷繞組的有效電流。 所以變壓器計算容量所以變壓器計算容量(按正常運(yùn)行考慮按正常運(yùn)行考慮) )65.02( 3 1 24 3 1 22 )( 輕輕重重 輕輕輕輕重重重重 II IIIII Tr 94.

9、 03 )( ttTr KKUIS 計計 4.2 正常運(yùn)行時牽引變壓器容量計算正常運(yùn)行時牽引變壓器容量計算 2. 單相單相V/V變壓器變壓器 V接線牽引變電所每臺變壓器的容量決定于接線牽引變電所每臺變壓器的容量決定于 對應(yīng)的饋線電流對應(yīng)的饋線電流 。 11 22 SUI SUI 3. 單相變壓器單相變壓器 按饋線有效電流（全日平均）按饋線有效電流（全日平均） 計算計算I SU I 若由兩臂合成到饋線，則若由兩臂合成到饋線，則 12F iii 均方根值均方根值 222 1212 2IIII I 例：已知例：已知I IR R=180A=180A，I IL L=200A=200A，K K F F=1

10、.35 =1.35，求單相變，求單相變 壓器計算容量。壓器計算容量。 22 11212 2SUIII I 變壓器計算容量（按正常運(yùn)行考慮）變壓器計算容量（按正常運(yùn)行考慮） 當(dāng)當(dāng) 時時 TM II 4. Scott變壓器變壓器 TM II 當(dāng)當(dāng) 時時 2 T SUI T I T座有效電流座有效電流 M I M座有效電流座有效電流 22 scott 3 MT SUII 緊密運(yùn)行：緊密運(yùn)行：線路行車中不可避免的短時間高峰運(yùn)輸。線路行車中不可避免的短時間高峰運(yùn)輸。 饋線電流計算方法：饋線電流計算方法： 以緊密運(yùn)行時全天運(yùn)行密度以緊密運(yùn)行時全天運(yùn)行密度N 代替以上公式中的代替以上公式中的N即可。即可。

11、N 確定：確定： 復(fù)線：上、下行均按復(fù)線：上、下行均按10min(或或8min)為間隔連發(fā)為間隔連發(fā) 即每天即每天144對列車或每天對列車或每天180對列車對列車 8 1440 10 1440 NN或 4.3 緊密運(yùn)行時牽引變壓器容量計算緊密運(yùn)行時牽引變壓器容量計算 單線：經(jīng)驗(yàn)公式：單線：經(jīng)驗(yàn)公式： 由此可得饋線電流，進(jìn)而可得變電所容量由此可得饋線電流，進(jìn)而可得變電所容量 00 00 1440 ii ii N tt tt 按每區(qū)間均有一列車計算 一對車在第i個區(qū)間上、下行凈走行時分 停車會讓時間，一般取7分鐘 4.4 牽引變壓器的校核容量牽引變壓器的校核容量 對牽引變壓器進(jìn)行容量校核，要達(dá)到兩

12、個方面的目的：對牽引變壓器進(jìn)行容量校核，要達(dá)到兩個方面的目的： 1.為了滿足列車緊密運(yùn)行的需要為了滿足列車緊密運(yùn)行的需要 2.為了保證牽引變壓器在充分利用過負(fù)荷能力的情況下為了保證牽引變壓器在充分利用過負(fù)荷能力的情況下 能安全運(yùn)行。能安全運(yùn)行。 4.4.1 牽引變壓器校核容量的確定牽引變壓器校核容量的確定 1.不同結(jié)線型式牽引變壓器最大容量的計算不同結(jié)線型式牽引變壓器最大容量的計算 三相三相YN,d11結(jié)線牽引變壓器結(jié)線牽引變壓器 bat IIUKS 65. 02 max,max 重負(fù)荷臂最大電流重負(fù)荷臂最大電流 輕負(fù)荷臂有效電流輕負(fù)荷臂有效電流 22 max 42 t SKUII II 重重

13、重重 輕輕輕輕 單相單相V/V變壓器最大負(fù)荷變壓器最大負(fù)荷 max.max 2 a UIS 單相變壓器最大負(fù)荷單相變壓器最大負(fù)荷 )( max.maxba IIUS Scott變壓器變壓器 max. 2 max. 2 maxmax.max. max.maxmax.max. 3 2 TM MT TMT IIUSII UISII 2.2.校核容量的確定校核容量的確定 在最大的容量在最大的容量S Smax max的基礎(chǔ)上，再考慮牽引變壓器的 的基礎(chǔ)上，再考慮牽引變壓器的 過負(fù)荷能力后所確定的容量，就是校核容量過負(fù)荷能力后所確定的容量，就是校核容量(S(S校 校) ) K S S max 校 牽引變壓

14、器的過負(fù)荷能力三相牽引變壓器的過負(fù)荷能力三相YN,d11YN,d11、單相和、單相和 ScottScott變壓器分別為變壓器分別為150%150%、175%175%、200%200%。 K:K:牽引變壓器的過負(fù)荷系數(shù)牽引變壓器的過負(fù)荷系數(shù) 小結(jié)小結(jié) 變壓器容量計算的步驟變壓器容量計算的步驟 計算容量的確定計算容量的確定 校核容量的確定校核容量的確定 安裝容量的確定安裝容量的確定 備用方式備用方式 牽引變壓器容量計算是為了確定變壓器的牽引變壓器容量計算是為了確定變壓器的安裝安裝 容量和臺數(shù)容量和臺數(shù)。 一般分為兩個步驟：一般分為兩個步驟： 首先按給定計算條件算出變壓器為供應(yīng)牽引負(fù)首先按給定計算條

15、件算出變壓器為供應(yīng)牽引負(fù) 荷所需的容量，稱為荷所需的容量，稱為計算容量計算容量； 然后，考慮其它因素然后，考慮其它因素( (如備用方式、變壓器實(shí)如備用方式、變壓器實(shí) 際規(guī)格等際規(guī)格等) )選出的容量為選出的容量為安裝容量或設(shè)計容量安裝容量或設(shè)計容量。 4.4.2 牽引變壓器容量選擇牽引變壓器容量選擇 牽引變電所變壓器的選擇原則：牽引變電所變壓器的選擇原則： 1.應(yīng)考慮近期，遠(yuǎn)期運(yùn)量應(yīng)考慮近期，遠(yuǎn)期運(yùn)量 2.滿足正常運(yùn)行和緊密運(yùn)行滿足正常運(yùn)行和緊密運(yùn)行(過載過載30%，持續(xù)，持續(xù)2小時小時) 3.對于并列運(yùn)行變電所，當(dāng)一臺主變退出工作時，對于并列運(yùn)行變電所，當(dāng)一臺主變退出工作時， 另一臺主變應(yīng)能

16、維持正常運(yùn)行另一臺主變應(yīng)能維持正常運(yùn)行2小時以上。小時以上。 計算：計算： （1）變電所）變電所S正常 正常， ，S緊密 緊密 （2）變電所容量）變電所容量=maxS正常 正常， ，S緊密 緊密/1.3 考慮過載考慮過載30%。 （3）對于并列運(yùn)行變電所，需校驗(yàn)單臺變壓）對于并列運(yùn)行變電所，需校驗(yàn)單臺變壓 器能否滿足正常運(yùn)行器能否滿足正常運(yùn)行(連續(xù)連續(xù)4小時小時)。 牽引變壓器在檢修或發(fā)生故障時，都需有備用變壓器投牽引變壓器在檢修或發(fā)生故障時，都需有備用變壓器投 入，以確保正常的鐵路運(yùn)輸。入，以確保正常的鐵路運(yùn)輸。 1.移動備用移動備用 采用移動變壓器作為備用的方式，稱為移動備用。采用移動變壓

17、器作為備用的方式，稱為移動備用。 采用移動備用方式的電氣化區(qū)段，每個牽引變電所裝設(shè)采用移動備用方式的電氣化區(qū)段，每個牽引變電所裝設(shè) 兩臺牽引變壓器，兩臺牽引變壓器，正常時兩臺并聯(lián)運(yùn)行正常時兩臺并聯(lián)運(yùn)行。所內(nèi)設(shè)有鐵路專所內(nèi)設(shè)有鐵路專 用岔線用岔線。備用變壓器安放在移動變壓器車上，停放于適中。備用變壓器安放在移動變壓器車上，停放于適中 位置的牽引變電所內(nèi)或供電段段部，以便于需要作為備用位置的牽引變電所內(nèi)或供電段段部，以便于需要作為備用 變壓器投入時，縮短運(yùn)輸時間。變壓器投入時，縮短運(yùn)輸時間。 移動備用方式可用于移動備用方式可用于沿線無公路區(qū)段和單線區(qū)段沿線無公路區(qū)段和單線區(qū)段。 4.5 備用方式備

18、用方式 2.固定備用固定備用 采用加大牽引變壓器容量和增加臺數(shù)作為備用的方采用加大牽引變壓器容量和增加臺數(shù)作為備用的方 式，稱為固定備用。采用固定備用的電氣化區(qū)段，每式，稱為固定備用。采用固定備用的電氣化區(qū)段，每 個牽引變電所裝設(shè)兩臺牽引變壓器，個牽引變電所裝設(shè)兩臺牽引變壓器，一臺運(yùn)行，一臺一臺運(yùn)行，一臺 備用備用。每臺牽引變壓器容量應(yīng)能。每臺牽引變壓器容量應(yīng)能承擔(dān)全所最大負(fù)荷承擔(dān)全所最大負(fù)荷， 滿足鐵路正常運(yùn)輸?shù)囊?。滿足鐵路正常運(yùn)輸?shù)囊蟆?采用固定備用方式的采用固定備用方式的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是：其投入快速方便，是：其投入快速方便， 可確保鐵路正常運(yùn)輸，又可不修建鐵路專用岔線，牽可確保鐵路正常運(yùn)輸

19、，又可不修建鐵路專用岔線，牽 引變電所選址方便、靈活，電氣主接線較簡單。引變電所選址方便、靈活，電氣主接線較簡單。 其其缺點(diǎn)缺點(diǎn)是：增加了牽引變壓器的安裝容量，變電是：增加了牽引變壓器的安裝容量，變電 所內(nèi)設(shè)備檢修業(yè)務(wù)要靠公路運(yùn)輸。因此，固定備用方所內(nèi)設(shè)備檢修業(yè)務(wù)要靠公路運(yùn)輸。因此，固定備用方 式適用于式適用于沿線有公路條件的大運(yùn)量區(qū)段沿線有公路條件的大運(yùn)量區(qū)段。 目前，我國牽引變電所大都采用固定備用方式。目前，我國牽引變電所大都采用固定備用方式。 單線區(qū)段，三相牽引變壓器容量計算單線區(qū)段，三相牽引變壓器容量計算例例1： 供電臂供電臂A： 供電臂供電臂B N=28對車對車/日日 Nmax=42

20、對車對車/日日 11 1724kVA28.3min3 g Atn 22 2115kVA29.3min3 g Atn 解：解：列車給電平均電流列車給電平均電流 1 1 1 6060 1724 77153 25 28.3 g A IA t U 2 2 2 60602115 77181 2529.3 g A IA t U 饋線平均電流、饋線有效電流饋線平均電流、饋線有效電流 單線饋線單線饋線2 a InpI 2 2 1 2 aa kp II np 1 2 n gigi i tt N p nT 每個分區(qū)的上行或下行帶電概每個分區(qū)的上行或下行帶電概 率率 上行和下行饋線的帶電概率上行和下行饋線的帶電概率

21、 1 () 2 n gigi i Ntt pnp T a I p I 2 / 1 aa kpn II p g g t p T 2 g Nt P T 2 g z Nt p nT a I p I 2 / 1 aa kpn II p 供電臂供電臂A 1 1 2828.3 0.550 1440 (42) (0.825) g Nt p T 111 (0.825)0.551538 (126)4 a Ip IA 2 1 (0.825)1.050.55/ 3 841136 0.55 (126)(177) (0.825) a IA a I p I 2 / 1 aa kpn II p 供電臂供電臂B 2 2829

22、.3 0.570 14 (42) (0.855 40 )p 222 (0.855)(10.57181103 55) b Ip IA 2 2 (0.855)1.050.57/ 3 1031165 0.5 (155)(215) (0.85 )75 b IA 求重繞組有效電流求重繞組有效電流 22 max1122 1 42 3 III II 22 max 1 4 165284 103136127 3 IA 1 136(177) a IA 2 165(215) b IA max(m 22 ax) 215126 155177168 1 42 3 AI 1 (12846) a IA 2 103(155)

23、b IA 緊密運(yùn)行時緊密運(yùn)行時 求變壓器計算容量、校核容量求變壓器計算容量、校核容量 3max 3 3 27.5 127 0.99430 t SU Ik kVA 計算容量計算容量 3maxmax(max) 3 3 27.5 168 0.9 1.39595 t SU IkK kVA 校核容量校核容量 以緊密運(yùn)行時為條件，考慮過載能力，可選兩臺以緊密運(yùn)行時為條件，考慮過載能力，可選兩臺 10000kVA的三相變壓器，一臺運(yùn)行，一臺備用。的三相變壓器，一臺運(yùn)行，一臺備用。 確定變壓器的安裝容量確定變壓器的安裝容量 例例2： 某單線區(qū)段，近期年運(yùn)量某單線區(qū)段，近期年運(yùn)量 ，牽引，牽引 定數(shù)額定數(shù)額 ，

24、 ，波動系數(shù)，波動系數(shù)K1取取1.2， 儲備系數(shù)儲備系數(shù)K2取取1.2，非平行列車運(yùn)行圖區(qū)間，非平行列車運(yùn)行圖區(qū)間 通過能力通過能力N非 非=42對 對/日。日。 牽引計算結(jié)果：牽引計算結(jié)果： 供電臂供電臂1： 供電臂供電臂2： 求：三相牽引變電所主變壓器采用固定備用求：三相牽引變電所主變壓器采用固定備用 時的安裝容量。時的安裝容量。 年萬噸1700/ 噸2100G 705. 0 凈 min3 .29,2115, 3 11 g thKVAAn min3 .28,1724, 3 22 g thKVAAn 解：解： 1.計算列車對數(shù)計算列車對數(shù)N： 2.計算計算 、 帶電平均電流帶電平均電流 全日

25、平均電流全日平均電流 每區(qū)間全日帶電概率每區(qū)間全日帶電概率 日對23日列3 .45 705. 02100365 1017002 . 12 . 1 365 10 4 凈 4 21 / G KK N 1F I 1F I A tU A I g g 2 .173 3 .2925 21156060 1 1 1 AI T tN I g g F 812 .173 6024 3 .2923 1 1 1 156. 0 60243 3 .2923 1 1 Tn tN p g 饋線電流有效系數(shù)饋線電流有效系數(shù) 饋線電流有效值饋線電流有效值 737. 1 156. 03 156. 005. 1 11 2 1 1 2 1 np pK K F AIKI FFF 14181737. 1 111 同理可得供電臂同理可得供電臂2的饋線電流有效值的饋線電流有效值 759. 11 2 2 2 2 np pK K F AIKI FFF 116 222 A tU A I g g 2 .146 60 2 2 2 AI T tN I g g F 66 2 2 2 151. 0 2 2 Tn tN p g 3.計算變壓器計算容量計算變壓器計算容量 4.計算變壓器校核容量計算變壓器校核容量 對應(yīng)于對應(yīng)于N非 非的重負(fù)荷供電臂 的重負(fù)荷供電臂1的最大電流的最大電流 查