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摘要：巴新鐵路獨石站鐵道供電系統雙線區段采用上、下行并聯供電方式，變壓器三相YN,d11接線。

通過已知數據計算牽引變壓器的計算容量和校核容量，以及考慮其備用方式，確定牽引變壓器的安裝容量，并驗證在選用的移動備用或固定備用方式下的安裝容量是否合適。

一、工程設計簡介

巴新鐵路獨石站雙線區段采用上、下行并聯供電方式，變壓器三相YN,d11接線。

供電臂1：n=2.8，N=94對/天，N非=133對/天；

供電臂2：n=3.2，N=77對/天，N非=126對/天；

供電臂1和供電臂2內，各列車距饋電點距離和其余資料，如圖1-1和表1-1所示。

圖3-1計算圖

表3-1計算原始資料

供電臂12

列車全部運行時間(min)上行25.227.5

下行20.324.6

列車用電運行時間(min)上行16.715.8

下行15.219.6

列車在內的能耗（kVAh）上行970852

下行856967

設計此變壓器采用移動備用和固定備用時的安裝容量，并驗證在選用的移動備用或固定備用方式下的安裝容量是否合適。

二、設計依據

根據課程設計大綱及有關規程規范進行設計。

《鐵路電力牽引供電設計規范》TB10009-98

《鐵路電力牽引供電自耦變壓器方式技術規范》TB10111-94

《鐵路電力牽引供電遠動系統技術規范》TB10117-98

三、設計步驟

3.1牽引變壓器的安裝容量

牽引變壓器的安裝容量，是在計算容量與校核容量的基礎上，再考慮備用方式，最后按其系列產品確定的牽引變壓器臺數與容量。為了確定牽引變壓器的安裝容量，除了其計算容量與校核容量外，主要考慮因素是其備用方式。

牽引變壓器在檢修或發生故障時，都需要有備用變壓器投入，以確保電氣化鐵路的正常運輸。在大運量的雙線區段，牽引變壓器一旦出現故障，應盡快投入備用變壓器，顯得比單線區段要求更高。備用變壓器投入的快慢，將影響到恢復正常供電的時間，并且與采用的備用方式有關。備用方式的選擇，必須從時間的電氣化鐵路線路、運量、牽引變電所的規模、地址、供電方式及外部條件（有無公路）等因素，綜合考慮比較后確定，我國電氣鐵路牽引變壓器備用方式有移動備用和固定備用兩種。

3.2計算步驟

牽引變電所容量計算和選擇，一般分三個步驟進行。

(1)按給定的計算條件求出牽引變壓器供應牽引負荷所必須的最小容量，稱為計算容量。

(2)按列車緊密運行時供電臂的有效電流與充分利用牽引變壓器的過負荷能力，求出所需要的容量，稱為校核容量。這是為確保牽引變壓器安全運行所必須的容量。

(3)根據計算容量和校核容量，在考慮其他因素（如備用方式等），最后按實際系列產品的規格選定牽引變壓器的臺數和容量，稱為安裝容量或設計容量。

3.3計算方法

牽引變壓器的計算容量取決于各供電臂的負荷電流。各供電臂的負荷電流主要取決于電力機車類型、牽引定數、牽引方式、線路坡道、行車量和線路通過能力等，即主要由牽引計算結果、行車量及線路通過能力等條件決定。在諸多因素中，當線路斷面確定后，最關鍵的是年運量。由年運量可以算出需要的線路通過能力，它反應了列車負荷密度。其次是列車用電量，由它可以算出列車電流，進而算出各供電臂電流。

3.3.1供電臂基參數的計算

(1)雙線區段上(下)行供電臂列車平均電流

(A)(3-1)

式中，為列車在供電臂內上(下)行方向的全部運行時間(min)；為列車在內的能耗(kVA·h)。

(2)雙線區段上(下)行供電臂列車用電平均電流

將式(3-1)中的運行時間改為用電時間，可得：

(A)(3-2)

(3)列車電流間斷系數

列車電流間斷系數該值可按雙線區段的上(或下)行()進行計算。

(3-3)

(4)供電臂同時存在的平均列車數m，即

(3-4)

其中，N為供電臂的列車對數（對/日）；T為全日時間，即1440min。

(5)供電臂內n個區間的列車用電平均概率p，即

(3-5)

(6)雙線區段供電臂平均電流Ip

供電臂平均電流Ip是指供電臂在計算時間T(晝夜)內的平均電流值。

并聯供電方式的上、下行饋線電流如圖2-1所示。

圖2-1并聯供電計算圖示

上、下行饋線平均電流為

(A)(3-6)

上、下行饋線均方電流為

(A2)

(3-7)

上、下行饋線有效電流為IX上、IX下，由上式計算結果開方即得。

(7)計算雙線區段上、下行饋線總電流

雙線區段上、下行饋線總平均電流為

(A)(3-8)

上、下行饋線總有效電流為

(A)(3-9)

可采用簡化公式，即

(A)(3-10)

式中

(A)(3-11)

上、下行饋線總有效電流也可簡化為:

(A)(3-12)

式中的n、p都為雙線上、下行總的追蹤間隔數和列車用電平均概率。

3.3.2三相YN,d11結線牽引變壓器計算容量的確定

牽引變壓器容量應能滿足負荷的需要。不同接線方式的變壓器，其負荷電流計算除了按前述計算條件外，都應將負荷電流變換成變壓器繞組的有效電流，然后用繞組有效電流計算變壓器的容量。對于三相變壓器，由于在低壓側三角形接線繞組中的三相電流是不均勻的，故有重負荷相與輕負荷相之分。為此，應以重負荷繞組中的有效電流計算其容量。

三相YN,d11結線牽引變壓器的計算容量：

設IX1、IX2(供電臂1為重負荷，供電臂2為輕負荷)，則計算容量為

(kVA)(3-13)

式中，IX1、Ip1為重負荷臂有效電流和平均電流(A)；IX2、Ip2為輕負荷臂有效電流和平均電流(A)；Kt為三相變壓器的溫度系數，一般取Kt=0.9；U為牽引變壓器牽引側母線額定電壓，即27.5kV。

3.3.3牽引變壓器校核容量的確定

對牽引變壓器進行容量校核，要達到兩方面的目的：一方面是為了滿足列車緊密運行的需要；另一方面是為了保證牽引變壓器在充分利用過負荷能力的情況下能安全運行。

變壓器具有過負荷能力是指在保證變壓器正常壽命的前提下，可以帶超過額定值的負荷運行一段時間。

三相YN，d11結線牽引變壓器的最大容量：

（kVA）(3-14)

在最大容量(Sbmax)的基礎上，在考慮牽引變壓器的過負荷能力后所確定的容量，就是校核容量(S校)。即

(kVA)(3-15)

式中，K為牽引變壓器過負荷倍數，取K=1.5

四、結論與分析

由計算結果知，Sbmax=29020kVA，故選用的移動備用或固定備用方式下的安裝容量是合適的。

但考慮到本體涉及的是大運量的雙線區段。在采用移動備用方式的情況下，當兩臺并聯運行的牽引變壓器一臺發生故障停電后，為了使另一臺單獨運行而不影響鐵路正常運輸，安裝容量選用2×16000kVA變壓器。因為16000kVA×1.3=20800kVA>18998kVA。

參考文獻

[1]李彥哲，胡彥奎，王果等.電氣化鐵道供電系統與設計.蘭州：蘭州大學出版社.2006

[2]譚繡炳，劉向陽.交流電氣化鐵道牽引供電系統.成都：西南交通大學出版社.2002

[3]李自量，陳薇.牽引變電所.北京：中國鐵道出版社.1984