摘要：本文结合浙江电气化铁路外部供电方案的设计实践，对浙江电网中三种220kV电压等级的牵引变压器接线型式及相应的三相电压不平衡度进行了重点分析，并结合杭甬(杭州—宁波)客运专线铁路牵引站外部供电方案的设计，对220kV Scott接线牵引变压器用在新上虞牵引站中相应的三相电压不平衡度进行了仿真计算。铁路投运以来的运行情况表明，采用Scott接线牵引变压器能够有效降低三相电压不平衡值，最大限度的减小对电网的影响。
关键词：电气化铁路；电铁负荷；三相电压不平衡；220kV Scott接线；
引言
我国电气化铁路（简称“电铁”）始于20世纪50年代，由于其具有速度快、运输能力强、能源利用效率高及有利于环境保护等优点，已成为铁路运输现代化的主要方向。但是电铁在拓展运输能力、促进经济快速发展的同时，也给电力系统带来了电能质量问题。电铁负荷产生的谐波、三相不平衡、电压波动等电能质量问题，对电网、电力用户及电铁本身均产生了不利影响。本文结合浙江电气化铁路外部供电方案的设计实践，对浙江电网中三种220kV电压等级的牵引变压器接线型式及相应的三相电压不平衡度进行了重点分析，并结合杭甬客专铁路牵引站外部供电方案的设计，对220kV Scott接线牵引变压器用在新上虞牵引站中相应的三相电压不平衡度进行了仿真计算。
1电铁牵引供电概况
1.1 牵引供电方式
我国电气化铁路采用单相工频制供电[1]，牵引供电系统主要包括牵引变电所和牵引网两大部分[2]。目前普速电气化铁路一般采用带回流线的直接供电方式，高速客运专线铁路均采用高速AT供电方式。
1.2 牵引变压器
电铁负荷接入电网产生的电能质量问题，尤其是三相不平衡问题，与电铁牵引变电所采用的变压器型式密切相关。我国牵引变压器接线型式主要有5种，分别为单相接线、V/V接线、Y/d接线、Scott接线、阻抗平衡接线变压器[3][4]。目前，上述5种变压器均有110kV电压等级的运用，而220千伏电压等级的Scott接线型式接线首次应用在杭甬(杭州—宁波)客专铁路牵引站外部供电方案的设计。
单相接线变压器的原理接线见图1。
因此，当两臂的负荷相等，且相位相同时，则对电力系统负序电流的影响就不存在，不对称系数为0。即使两臂负荷不完全相等时，仍可明显使三相电压不平衡度大为减轻。
2杭甬铁路的负序分析
2.1外部供电要求
杭甬客运专线电气化铁路工程途经杭州、绍兴、宁波三市，线路全长150km，沿线设立了3座牵引站，建设地点分别在杭州萧山区、绍兴上虞市、宁波余姚市，3座牵引站均要求以220kV电压等级接入系统。
2.2 外部供电方案
杭甬铁路的3座牵引站采用就近接至系统合适的220kV变电所的方案，接入时采用相序轮换以降低三相电压不平衡度对电网的影响。由于220kV Scott接线牵引变压器为铁路供电设计中首次应用，选取了新上虞牵引站作为试点。
2.3 负序计算分析
国标GB/T 15543-1995《电能质量 三相电压允许不平衡度》规定，电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%；而每个用户产生的电压不平衡度允许值为1.3%[5]。
对杭甬铁路新上虞牵引站接入电网引起的负序进行计算，计算中各供电臂按正常紧密运行方式和95%概率紧密运行取其电流，浙江电网按照基本运行方式和小方式两种情况考虑，其中小方式为了校核电网对负序的承受能力，考虑电网元件合理的检修。新上虞牵引站变压器按照采用V/V接线与Scott接线时的计算结果见表1。
表1 三相电压不平衡度计算结果 单位:%
计算结果表明，接入公共连接点新上虞牵引站采用220kV Scott接线变压器后，其三相电压不平衡度有了显著的降低，满足了国标中规定的每个用户产生的电压不平衡度允许值为1.3%的要求。
3结论
（1）通过分析可知，Scott接线变压器的不平衡度显著下降，理论上当两臂的负荷相等、且相位相同时，则对电力系统负序电流的影响就不存在，不对称系数为0。
（2）通过对杭甬铁路新上虞牵引站的分析计算表明，采用Scott接线变压器后，电网的不平衡度满足国标要求。小方式下三相电压不平衡度下降幅度达到了68.5％，效果明显。
（3）杭甬铁路自2013年3月投运以来，各牵引站和电力系统变电所的各项运行指标良好。220kV Scott接线牵引变压器的提出和采用不仅取得了显著的经济效益，而且还是电铁外部供电发展史上一次有意义的尝试，为我国建设高速电气化铁路积累了宝贵的经验，具有积极的借鉴和推广意义。
参考文献
[1]电力工业部电力规划设计总院编.电力系统设计手册[M].北京:中国电力出版社,1998.
[2]冯仁杰.电气化铁道供电系统[M].北京:中国铁道出版社,2001.
[3]韩柳,谈顺涛.电气化铁路对电网的影响及对策[J].江苏电机工程,2005,24(2):8-11.
[4]张弘，宁康红，虞海泓.220kV三相V/V接线一体化牵引变压器的研究及应用[J].电力建设,2008,29(3):22-24.
[5]全国电压电流等级和频率标准化技术委员会.电压电流频率和电能质量国家标准应用手册[M].北京:中国电力出版社,2001.
作者简介
宁康红（1977－），男，高级工程师，从事电力系统规划及管理方面的工作。
论文作者:宁康红
论文发表刊物:《电力设备》2016年第24期
论文发表时间:2017/1/16
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