史天玉

基于馈线电流的牵引变压器容量计算

史天玉

随着铁路专用线的大量接轨，精确计算既有线牵引变压器的需要容量成为铁路电力牵引设计的重要组成部分，论文提出，以4 h有效电流为依据计算既有线牵引变压器的安装容量，并通过温升计算，校验计算方法的可行性，为铁路电力牵引设计提供理论依据。

牵引变压器；馈线电流；温升

With the mass line of railway private sidings, precise calculation of existing traction transformer installed capacity to become an important part of railway traction power design, this paper puts forward that, based on 4 hours effective current calculation of existing the installation capacity of traction transformer, and through the calculation of temperature, checking calculation method is feasible, and provide theory basis for design of railway electric traction. Key words: Traction transformer; the feeder current; temperature rise

0 引言

随着国内铁路事业的发展，铁路网已初具规模，这为工矿企业提供了便利的铁路运输条件，然而铁路专用线的接入，增大了既有牵引变电所的供电负荷，如何判断既有牵引变压器的安装容量是否满足接轨需求，对保证铁路安全运行及合理节约建设成本有重大意义。

既有线路行车资料及馈线日负荷电流均可准确获得，这为精确计算既有线牵引变压器所需容量提供了基础条件。本文依据“油浸式电力变压器负载导则”提出既有线牵引变压器容量计算方法，并通过变压器温升计算校验了计算方法的可行性。

1 既有线牵引变压器容量的计算方法

1.1 馈线电流有效值计算

变压器绕组发热由电流有效值决定，在很小的时间间隔内，可近似认为馈线电流有效值是沿直线变化，因此其瞬时值可表示为

而全天的馈线电流可根据馈线电流极值点分割为有限个时间间隔，每个时间间隔内馈线电流近似沿直线变化，即馈线日负荷电流瞬时值可表示为

因此馈线有效电流为为简化计算，令ϕ = 0，将式（2）代入式（3）：

1.2 既有线牵引变压器容量计算

变压器绕组的温度受负载率、散热条件及环境温度的影响[1]，对于牵引变压器而言，其容量必须保证紧密运行时，变压器温升不得超过规定温度。由于变压器油完成一次热循环时间为2.5～3.5 h，因此日负荷曲线中4 h的最大有效负荷电流在一定程度上可表征既有线路牵引变压器所需容量。

以某单相V/v接线的牵引变电所为例，图1为该牵引变电所a母线日负荷电流曲线。由于负荷电流波动较大，不易判断4 h最大有效负荷电流，本文以4 h为边长，建立时间窗口，从0点开始平移窗口，计算全天4 h有效电流，其有效电流波形如图2所示。

图1 牵引变压器母线电流曲线图

图2 4 h有效电流曲线图

从图2可看出，10：10：28为起始时刻的4 h有效电流为当日最大负荷电流，电流值为535 A。考虑谐波及功率因数的影响，因此变压器最小安装容量为

考虑越区供电等偶发性牵引负荷，预留1.2倍的储备系数；考虑多列机车同时启动等冲击性牵引负荷，预留1.2倍的波动系数[2]，因此，既有线路所需的牵引变压器容量为

因此，牵引变压器的安装容量可选25 MV·A。

2 牵引变压器温升校验

2.1 变压器顶层油对环境的温升

对于任意负载电流，变压器稳态绕组顶层油温升为[3]

式中，Δθou为变压器顶层油的稳态温升；Δθon为变压器顶层油的额定温升，Δθon=52 K；R为变压器额定铜耗与铁耗之比，R = 6；KI为绕组负载率，即负载电流与额定电流之比；X为计算指数，X = 0.9。

任意负载经过时间Δt后，变压器绕组顶层油的暂态温升为

式中，Δθoi为初始温升；Δt为时段长度；τ0为变压器油的热时间常数，τ0= 150 min。

任意负载电流下，变压器顶层油的温度为

2.2 变压器绕组最热点对变压器顶层油的温升

任意负载电流下，变压器绕组最热点稳态温升为

因此，变压器绕组最热点的温度为

式中，Δθwu、Δθwn分别为变压器绕组对顶层油的稳态温升、额定温升，Δθwn= 26 K；Y为计算指数，Y = 1.6。

任意负载电流下，经过时间Δt后绕组最热点的暂态温升为

式中，Δθwt、Δθwi、Δθwu分别为变压器绕组最热点对顶层油的终止温升、初始温升、额定温升；τw为绕组的热时间常数，τw= 5 min。

2.3 既有线路所需容量温升校验

假设牵引变压器的安装容量即为前文计算容量25 MV·A，根据式（5）—式（10），计算牵引变压器绕组最热点的温度，结果如图3和图4所示。

从图3和图4可看出，该计算容量下变压器绕组最热点的最高温度不超过90℃，变压器顶层油最高温度小于65℃，满足“油浸式电力变压器负载导则”的要求。因此计算容量可表征既有线路所需的变压器安装容量。

图3 变压器绕组最热点温度曲线图

图4 变压器顶层油温度曲线图

3 结论

4 h馈线电流可较为准确的计算出既有线路对牵引变压器的需求容量，计入新建专用线牵引变压器的计算容量后可用来判断既有牵引变压器的安装容量是否满足专用线接轨条件。

[1] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院.牵引供电系统[M].北京：中国铁道出版社，1988.

[2] TB10009-2005铁路电力牵引供电设计规范[S].

[3] GB 15164-94油浸式电力变压器负载导则[S].

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1007-936X(2015)01-0041-03

2014-07-14

史天玉.中铁第一勘察设计院兰州铁道设计院有限公司，助理工程师，电话：18609480883。