牽引變壓器是將三相電力系統(tǒng)的電能傳輸給二個(gè)各自帶負(fù)載的單相牽引線路。二個(gè)單相牽引線路分別給上下行機(jī)車供電。在理想的情況下，二個(gè)單相負(fù)載相同。所以，牽引變壓器就是用作三相變二相的變壓器。
牽引變壓器是一種特殊電壓等級的電力變壓器，應(yīng)滿足牽引負(fù)荷變化劇烈、外部短路頻繁的要求，是牽引變電所的“心臟”。我國牽引變壓器采用三相、三相——二相和單相三種類型，因而牽引變電所也分為三相、三相——二相和單相三類。
工作原理
變壓器的工作原理和分析：變壓器---利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器是電能傳遞或作為信號傳輸?shù)闹匾?/p>
1、單相結(jié)線變壓器原理：
牽引變壓器的原邊跨接于三相電力系統(tǒng)中的兩相；副邊一端與牽引側(cè)母線連接，另一 端與軌道及接地網(wǎng)連接。牽引變壓器的容量利用率高，但其在電力系統(tǒng)中單相牽引負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流較大，對接觸網(wǎng)的供電不能實(shí)現(xiàn)雙邊供電。所以，這種結(jié)線只適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，三相負(fù)荷用電能夠可靠地由地方電網(wǎng)得到供應(yīng)的場合。另外，單相牽引變壓器要按全絕緣設(shè)計(jì)制造。
2、單相V，v結(jié)線變壓器（三相）原理：
將兩臺(tái)單相變壓器以V的方式聯(lián)于三相電力系統(tǒng)每一個(gè)牽引變電所都可以實(shí)現(xiàn)由三相系統(tǒng)的兩相線電壓供電。兩變壓器次邊繞組，各取一端聯(lián)至牽引變電所兩相母線上。而它們的另一端則以聯(lián)成公共端的方式接至鋼軌引回的回流線。這時(shí)，兩臂電壓相位差60o接線，電流的不對稱度有所減少。這種接線即通常所說的60o接線。（三相） 原理：將兩臺(tái)容量相等或不相等的單相變壓器器身安裝于同一油箱內(nèi)組成。原邊繞組接成固定的V結(jié)線，V的頂點(diǎn)（A2與X1連接點(diǎn)）為C相，A1，X2分別為A相，B相。副邊繞組四個(gè)端子全都引出在油箱外部，根據(jù)牽引供電的要求，既可接成正“V”，也可接成反“V”。
3、三相YN，d11雙繞組變壓器原理：
三相YN，d11結(jié)線牽引變壓器的高壓側(cè)通過引入線按規(guī)定次序接到110kV或220kV，三相電力系統(tǒng)的高壓輸電線上；變壓器低壓側(cè)的一角c與軌道，接地網(wǎng)連接，變壓器另兩個(gè)角a和b分別接到27.5kV的a相和b相母線上。由兩相牽引母線分別向兩側(cè)對應(yīng)的供電臂供電，兩臂電壓的相位差為60o，也是60o接線。因此，在這兩個(gè)相鄰的接觸網(wǎng)區(qū)段間采用了分相絕緣器。
4、斯科特結(jié)線變壓器原理：
實(shí)際上也是由兩臺(tái)單相變壓器按規(guī)定連接而成。一臺(tái)單相變壓器的原邊繞組兩端引出，分別接到三相電力系統(tǒng)的兩相，稱為座變壓器；另一臺(tái)單相變壓器的原邊繞組一端引出，接到三相電力系統(tǒng)的另一相，另一端到M座變壓器原邊繞組的中點(diǎn)O，稱為T座變壓器。這種結(jié)線型式把對稱三相電壓變換成相位差為 的對稱兩相電壓，用兩相中的一相供應(yīng)一邊供電臂，另一相供應(yīng)另一邊供電臂。M座變壓器原邊繞組匝數(shù)，電壓分別用 表示，兩端分別接入電力系統(tǒng)的B，C相；副邊繞組匝數(shù)，電壓分別用 表示，向左邊供電臂供電。T座變壓器原邊繞組匝數(shù)，電壓分別為 ，一端接在M座變壓器原邊繞組的中點(diǎn)O，另一端接到接到電力系統(tǒng)的A相；副邊繞組匝數(shù)，電壓分別為 ，向右邊供電臂供電。T座和M座副邊匝數(shù)相同，都是 ，原邊匝數(shù)不同，T座原邊匝數(shù)是M座的 。實(shí)際中，通常把兩臺(tái)單相變壓器繞組裝配在一個(gè)鐵芯上，安裝在一個(gè)油箱內(nèi)。
5、YN， 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器原理：
副邊繞組三角形結(jié)線結(jié)構(gòu)即在非接地相增設(shè)兩個(gè)外移繞組 。內(nèi)三角形接線的一角c與軌道，接地網(wǎng)連接。 兩端分別接到牽引側(cè)兩相母線上。由兩相牽引母線分別向兩側(cè)對應(yīng)的供電臂牽引網(wǎng)供電。
6、YN， 結(jié)線平衡變壓器原理：根據(jù)平衡變壓器的工作原理，要求：
① 原邊接三相對稱電源電壓時(shí)，副邊二相輸出端口空載電壓對稱（即大小相等，相位差為90o）
② 副邊二相輸出端口帶相同負(fù)載時(shí)，原邊三相電流對稱。
YN， 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器，雖然滿足了上述需要和要求，但是平衡繞組 （或 ）與a（或b，c）繞組的匝數(shù)比 和阻抗匹配系數(shù) 都是固定值。一般來說，繞組匝數(shù)的配合比較容易。而無論從設(shè)計(jì)上還是制造工藝上來講，要得到預(yù)先確定的某一阻抗匹配系數(shù)都是相當(dāng)困難的。YN， 結(jié)線阻抗匹配平衡變壓器的要求 ，在設(shè)計(jì)上和制造工藝上的難度是不言而喻的。
7、非阻抗匹配YN， 結(jié)線平衡變壓器原理：
在前面所述的YN， 結(jié)線平衡變壓器中，當(dāng) 時(shí)，不需要專門進(jìn)行阻抗匹配，按結(jié)構(gòu)對稱性布置繞組，就可以使該變壓器達(dá)到平衡。這是YN， 結(jié)線平衡變壓器取 的特例。由于它不需要專門進(jìn)行阻抗匹配，所以稱為非阻抗匹配YN， 結(jié)線平衡變壓器。
優(yōu)缺點(diǎn)
1．單相結(jié)線變壓器
優(yōu)點(diǎn)：容量利用率可達(dá)100%；主接線簡單，設(shè)備少，占地面積小，投資少。
缺點(diǎn)：不能供應(yīng)地區(qū)和牽引變電所三相負(fù)荷用電，在電力系統(tǒng)中，單相牽引負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流較大，對接觸網(wǎng)的供電不能實(shí)現(xiàn)雙邊供電。
適用于：電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，三相負(fù)荷用電能夠可靠的由地方電網(wǎng)得到供應(yīng)的場合。
2．單相V,v結(jié)線變壓器（三相）
單相：
優(yōu)點(diǎn)：主結(jié)線較簡單，設(shè)備較少，投資較省。對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相結(jié)線少。對接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)雙邊供電。
缺點(diǎn)：當(dāng)一臺(tái)牽引變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽引網(wǎng)。這就需要一個(gè)倒閘過程，即把故障變壓器原來承擔(dān)的供電任務(wù)轉(zhuǎn)移到正常運(yùn)行的變壓器。在這一倒閘過程完成前，故障變壓器原來供電的供電臂牽引網(wǎng)中斷供電，這種情況甚至?xí)绊懶熊?。即使這一倒閘過程完成后，地區(qū)三相電力供應(yīng)也要中斷。牽引變電所三相自用電必須改用劈相機(jī)或單相－三相自用變壓器供電。實(shí)質(zhì)上變成了單相結(jié)線牽引變電所，對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響也隨之增大。
三相：
優(yōu)點(diǎn)：保持了單相V,v結(jié)線變壓器的主要優(yōu)點(diǎn)，完全克服了單相V,v結(jié)線變壓器缺點(diǎn)。最可取的是解決了單相V,v結(jié)線變壓器不便于采用固定備用及其自動(dòng)投入的問題，有利于實(shí)現(xiàn)分相有載或無載調(diào)壓。
3．三相YN，d11雙繞組變壓器
優(yōu)點(diǎn)：牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力。在兩臺(tái)牽引變壓器并聯(lián)運(yùn)行情況下，當(dāng)一臺(tái)停電時(shí)，供電不會(huì)中斷，運(yùn)行可靠方便。三相YN，d11雙繞組變壓器在我國采用的時(shí)間長，有比較多的經(jīng)驗(yàn)，制造相對簡單，價(jià)格便宜。對接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。
缺點(diǎn)：牽引變壓器容量不能得到充分利用，只能達(dá)到額定容量的75.6%，引入溫度系數(shù)也只能達(dá)到84%，與采用單相結(jié)線牽引變壓器的牽引變電所相比，主接線要復(fù)雜一些，用的設(shè)備，工程投資也較多，維護(hù)檢修工作量及相應(yīng)的費(fèi)用也有所增加。
適用于：山區(qū)單線電氣化鐵路牽引負(fù)載不平衡的場所。
4．斯科特結(jié)線變壓器
優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)M座和T座兩供電臂負(fù)荷電流大小相等，功率因素也相等時(shí)，斯科特結(jié)線變壓器原邊三相電流對稱。變壓器容量可全部利用。（用逆斯科特結(jié)線變壓器把對稱兩相電壓變換成對稱三相電壓）。對接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。
缺點(diǎn)：斯科特結(jié)線牽引變壓器制造難度較大，造價(jià)較高。牽引變電所主結(jié)線復(fù)雜，設(shè)備較多，工程投資也較多。維護(hù)檢修工作量及相應(yīng)的費(fèi)用有所增加。而且斯科特結(jié)線牽引變壓器原邊T接地（O點(diǎn)）電位隨負(fù)載變化而產(chǎn)生漂移。嚴(yán)重時(shí)有零序電流流經(jīng)電力網(wǎng)，可能引起電力系統(tǒng)零序電流繼電保護(hù)誤動(dòng)作，對鄰近的平行通信線可能產(chǎn)生干擾，同時(shí)引起牽引變壓器各相繞組電壓不平衡，而加重繞組的絕緣負(fù)擔(dān)。為此，該結(jié)線牽引變壓器的絕緣水平要采用全絕緣。
5．YN， 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器
優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)阻抗匹配系數(shù) 時(shí)，無論副邊 或 ，原邊三相電流平衡，即無零序電流。當(dāng)副邊 ， 時(shí)，原邊三相電流對稱，沒有負(fù)序電流對電力系統(tǒng)的影響。原邊三相制的視在功率完全轉(zhuǎn)化為副邊二相制的視在功率，變壓器容量可全部利用。原邊仍為YN結(jié)線，中性點(diǎn)引出，與高壓中性點(diǎn)接地電力系統(tǒng)匹配方便。副邊仍有△結(jié)線繞組，三次諧波電流可以流通，使主磁通和電勢波形有較好的正旋度。利用斯科特結(jié)線變壓器把對稱兩相電壓變換成對稱三相電壓。對接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。
缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)計(jì)算及制造工藝復(fù)雜，造價(jià)較高。 兩供電臂之間的分相絕緣器兩端承受的電壓為 ，因此，分相絕緣器的絕緣應(yīng)注意加強(qiáng)。
適用于：牽引變電所自用電和站區(qū)三相電力。
6．YN， 結(jié)線平衡變壓器
優(yōu)點(diǎn)：其阻抗匹配系數(shù)在一定范圍內(nèi)任意選取，因而使變壓器的設(shè)計(jì)和制造更加方便。阻抗匹配系數(shù)取值的靈活性對繞組布置具有重要意義。
缺點(diǎn)：需要考慮減小電磁力，環(huán)流等問題。
7．非阻抗匹配YN， 結(jié)線平衡變壓器
優(yōu)缺點(diǎn)與YN， 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器基本相同，但還存在若干不同點(diǎn)：
非阻抗匹配YN， 結(jié)線平衡變壓器與YN， 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器分別是YN， 結(jié)線阻抗匹配牽引變壓器取 與 的特例。在YN， 結(jié)線平衡變壓器中，前者不需要專門進(jìn)行阻抗匹配，繞組布置最容易，設(shè)計(jì)制造最方便；后者繞組設(shè)計(jì)條件最苛刻，設(shè)計(jì)制造最困難； 取其他值的情況則介于二者之間。
使用方法
在制造牽引變壓器時(shí)，使用NOMEX絕緣紙后需采取以下措施。
（1）加強(qiáng)對變壓器繞組溫升的計(jì)算，嚴(yán)格控制繞組溫升。
（2）使用模擬計(jì)算軟件對變壓器內(nèi)部的溫度進(jìn)行模擬計(jì)算，為確定 NOMEX 絕緣紙和普通絕緣紙2種材料的分界提供依據(jù)，根據(jù)Satons變壓器油本身特征，合理地確定上述2種材料的使用界限，避開油和普通絕緣紙裂解、絕緣電擊穿或熱擊穿的危險(xiǎn)。
（3）增加和改善線圈內(nèi)的油路，以降低變壓器油的溫升，避免油裂解。
（4）改善外部冷卻系統(tǒng)，增加變壓器的冷卻能力，降低變壓器正常負(fù)荷時(shí)的溫升。
（5）改進(jìn)內(nèi)線圈在圓周上的支撐，使變壓器能承受高過載及短路時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械壓力。
應(yīng)用
對于軌道車輛來說，牽引變壓器是最重要的設(shè)備之一，是整個(gè)電力牽引系統(tǒng)最核心的部分，確保火車頭、高鐵等軌道車輛穩(wěn)定運(yùn)行。過去一個(gè)世紀(jì)以來，牽引變壓器常常用于鐵路牽引，被認(rèn)為是傳統(tǒng)燃油牽引系統(tǒng)的最佳選擇。
會(huì)員中心
