1、城市轨道交通供电西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院第三章第三章 牵引变电所整流机组牵引变电所整流机组v牵引整流机组接线方式牵引整流机组接线方式 v整流机组外特性整流机组外特性 v关键技术选择关键技术选择 牵引整流机组接线方式牵引整流机组接线方式作用作用：降压、把三相交流电转换为直流电：降压、把三相交流电转换为直流电发展趋势发展趋势：早期的城市轨道交通直流牵引系统，通常采用：早期的城市轨道交通直流牵引系统，通常采用三相桥式整流电路，随着技术的发展，逐步被三相桥式整流电路，随着技术的发展，逐步被12脉波和等脉波和等效效24脉波整流电路代替，我国今后建设的城市轨道交通整脉波整流电路代替
2、，我国今后建设的城市轨道交通整流变电站将会以流变电站将会以24脉波为主，系统电压等级则有脉波为主，系统电压等级则有35kV和和10kV两种。两种。v十二相脉波牵引整流机组十二相脉波牵引整流机组(a)四绕组变压器四绕组变压器(b)两台双绕组变压器两台双绕组变压器十二相整流机组的其它接线方式十二相整流机组的其它接线方式v十二相脉波牵引整流电路的工作特性十二相脉波牵引整流电路的工作特性 次边星形和三角形绕组分别供电的两个三相桥在直次边星形和三角形绕组分别供电的两个三相桥在直流侧并联运行，条件：两者的空载直流输出电压平流侧并联运行，条件：两者的空载直流输出电压平均值均值Udo应相等，即两者的匝数比应为
3、应相等，即两者的匝数比应为1:3电路工作原理电路工作原理1）原次边电压向量图）原次边电压向量图UabUbcUcaUABUBCUCAUaUbUcUabUbcUca十二相电压相量十二相电压相量UabUbcUcaUABUBCUCAUaUbUcUabUbcUca1）平衡电抗器）平衡电抗器Lp=0两组相位差为两组相位差为300的三相桥的三相桥整流电路交替向直流负载供整流电路交替向直流负载供电，每个桥臂整流管导电时电，每个桥臂整流管导电时间为间为/3，整流电压，整流电压Ud每工每工频周期有频周期有12次脉动，形成十次脉动，形成十二脉波整流。二脉波整流。缺点：每桥臂整流管不能有缺点：每桥臂整流管不能有效利用
4、。效利用。twuq0q1q2q3q4q5q6q7q8q9q10q11q-ubc-ubcuabuabuac 2）平衡电抗器的作用）平衡电抗器的作用Lp0 daboabouuuuu 22ababoababduuuuuu 1616RLububuauaegfLpI1I1uabuabuouoUdLp作用作用1：使两导电支路线间电压相等，即使整流电压使两导电支路线间电压相等，即使整流电压ud相等相等twuq0q1q2q3q4q5q6q7q8q9q10q11q-ubc-ubcuabuabuac 4（/12）ababuu 3 （/12）ababuu 02ababouuu 02ababouuu 2ababduu
5、u twuq0q1q2q3q4q5q6q7q8q9q10q11q-ubc-ubcuabuabuac Lp作用作用2：接入平衡电抗器后，两组三相桥中每个整流管支接入平衡电抗器后，两组三相桥中每个整流管支路的导通时间是路的导通时间是2/3，与三相桥整流电路相同，每隔，与三相桥整流电路相同，每隔/3时刻时刻有一对支路的整流管（同一组中）导通。有一对支路的整流管（同一组中）导通。5，61，61，22，32，44，55，65，61，61，22，32，44，55，65120221.351cos6cos1235141duuttw ww w 220221.351cos6cos1235141duuttw ww
6、w 2ababduuu （以（以1，6导通，导通，1，6导通为例）导通为例）任意时刻，每组整流电路中，有一对整流管导通，两端口任意时刻，每组整流电路中，有一对整流管导通，两端口输出直流电压瞬时值分别为输出直流电压瞬时值分别为则空载整流电压为则空载整流电压为1202021.351cos122141ddduuuutw w 两个整流电路并联工作的条件是输出直流电压相等两个整流电路并联工作的条件是输出直流电压相等，而，而变压器星形绕组和三角形绕组的匝数比为变压器星形绕组和三角形绕组的匝数比为1:，是一个，是一个无理数，势必造成匝数比有误差，输出电压有差异。由无理数，势必造成匝数比有误差，输出电压有差异
7、。由于电压高的那个桥有嵌位作用，并联工作必须加平衡电于电压高的那个桥有嵌位作用，并联工作必须加平衡电抗器。当整流变压器的漏抗达到一定的数值时，抗器。当整流变压器的漏抗达到一定的数值时，12脉波脉波两桥并联和两桥并联和24脉波四桥可以不加平衡电抗器。可以将三脉波四桥可以不加平衡电抗器。可以将三相输入端的漏感相输入端的漏感L1等效到直流输出端，等效电感等效到直流输出端，等效电感L=2L1起着平衡电抗器的作用。起着平衡电抗器的作用。3v换相重叠角换相重叠角 24脉波牵引整流变电站的主变一般都是由两台脉波牵引整流变电站的主变一般都是由两台12脉波的轴脉波的轴向双分裂式牵引整流变压器组成的。向双分裂式牵
8、引整流变压器组成的。两台变压器的网侧绕组采用延边三角形接线分别移相两台变压器的网侧绕组采用延边三角形接线分别移相7.50相位角，阀侧绕组采用相位角，阀侧绕组采用d,y接法，两台变压器的阀侧绕接法，两台变压器的阀侧绕组的线电压相量互差组的线电压相量互差150相位，经全波整流后并联运行相位，经全波整流后并联运行,形成形成12相相24脉波的整流变电系统。脉波的整流变电系统。二十四脉波牵引整流机组二十四脉波牵引整流机组 整流变压器低压侧接线整流变压器低压侧接线Dd0-y11 +7.50Dd0-y11（网侧移相（网侧移相7.50）联接组组合）联接组组合Dd0-y11 -7.50Dd0-y11 -7.50
9、Dd0-y11 +7.50v目前，已建和在建目前，已建和在建(如上海、广州、深圳等地如上海、广州、深圳等地)的轨道交通的轨道交通设施对牵引整流变压器联结组标号提出的技术要求有两类，设施对牵引整流变压器联结组标号提出的技术要求有两类，即即Dd0-y11(网侧移相网侧移相7.50)和和Dd0-y5(网侧移相网侧移相7.50)，这从这从24脉波整流系统来说是无可非议的。脉波整流系统来说是无可非议的。v但是通过实践发现，这两类联结组的技术要求给变压器的但是通过实践发现，这两类联结组的技术要求给变压器的生产制造和变压器的安装连接带来了一定问题。问题有两生产制造和变压器的安装连接带来了一定问题。问题有两点
10、点:1、两台变压器必然有一台变压器的网侧或阀侧的出线端、两台变压器必然有一台变压器的网侧或阀侧的出线端标记要移位，与国家标准规定的排列不一致，很容易发生标记要移位，与国家标准规定的排列不一致，很容易发生安装差错安装差错;2、两台变压器的网侧或阀侧绕组的绕向不一致，不利于、两台变压器的网侧或阀侧绕组的绕向不一致，不利于制造厂的绕组配套和生产组织。制造厂的绕组配套和生产组织。Dd0-y11 +7.50Dd0-y11（网侧移相（网侧移相7.50）Dd2-y1（网侧移相（网侧移相7.50）联接组组合联接组组合Dd2-y1 -7.50Dd2-y1 -7.50Dd0-y11 +7.50(b)次边二十四相电
11、压相量次边二十四相电压相量原次边电压向量图原次边电压向量图(a)整流变压器原边偏移整流变压器原边偏移7.5o(b)次边二十四相电压相量次边二十四相电压相量原次边电压向量图原次边电压向量图(a)整流变压器原边偏移整流变压器原边偏移7.5o第三章第三章 牵引变电所整流机组牵引变电所整流机组v牵引整流机组接线方式牵引整流机组接线方式 v整流机组外特性整流机组外特性 v关键技术选择关键技术选择 v整流机组外特性整流机组外特性 整流机组的外特性：直流输出端电压随其负荷（或短路）整流机组的外特性：直流输出端电压随其负荷（或短路）电流变化的关系曲线，呈非线性特性。电流变化的关系曲线，呈非线性特性。整流电路的
12、外特性是表征整流电路主要性能的重要整流电路的外特性是表征整流电路主要性能的重要特性之一，用途：特性之一，用途：（1）确定直流电压调整率；可以校验在某一负载电流下，）确定直流电压调整率；可以校验在某一负载电流下，直流电压是否满足需要。直流电压是否满足需要。（2）确定并联运行整流机组间的负载分配；衡量并联运）确定并联运行整流机组间的负载分配；衡量并联运行的可能性和合理性。行的可能性和合理性。（3）空载直至短路的整个负载特性，提供了计算整流电）空载直至短路的整个负载特性，提供了计算整流电路故障电流的基础。路故障电流的基础。整流机组的外特性与整流机组的外特性与电源、供电系统的阻抗参数和整流电源、供电系
13、统的阻抗参数和整流变压器的阻抗电压，整流器特性及其整流接线方式、有变压器的阻抗电压，整流器特性及其整流接线方式、有无平衡电抗器，以及整流时的换相重叠角无平衡电抗器，以及整流时的换相重叠角（因变压器等（因变压器等电感惯性组件）等多种因子有关，其中如变压器等的电电感惯性组件）等多种因子有关，其中如变压器等的电抗压降在输出直流增大情况下并非呈线性变化的。要精抗压降在输出直流增大情况下并非呈线性变化的。要精确绘出不同运行（或故障）状况下的整流机组外特性曲确绘出不同运行（或故障）状况下的整流机组外特性曲线是非常复杂的。线是非常复杂的。牵引变电所等值模型牵引变电所等值模型6脉波整流电路外特性脉波整流电路外
14、特性理想空载直流电压理想空载直流电压变压器二次侧额变压器二次侧额定电压定电压交流电源的系统阻抗交流电源的系统阻抗 整流变压器阻抗整流变压器阻抗10103ddddaeqeqqduuuuuXRRI 13daeqeqqduuXRRI（1）直流输出端电压、电流处于第）直流输出端电压、电流处于第线性区内线性区内 将不同运行状况区分为三个线性区，在此区域内外特性将不同运行状况区分为三个线性区，在此区域内外特性可认为是线性变化或近似线性变化的可认为是线性变化或近似线性变化的。2.865eqqeqqRRXX60o 相当于负荷运行或远点短路相当于负荷运行或远点短路（2）直流输出端电压、电流处于第）直流输出端电压
15、、电流处于第线性区内线性区内 0.9552.865eqqeqPRRXX 60o 相当于直流侧出口近处短路相当于直流侧出口近处短路 20201ddddaeqqduuuuuARRI 131.1547cos2A 1.654eqPeqqXXarctgRR （3）直流输出端电压、电流在第）直流输出端电压、电流在第线性区内线性区内 0.955eqqeqPRRXX 相当于直流侧出口处短路相当于直流侧出口处短路 60o 303011.6543ddddaeqeqqduuuuuXRRI 12脉波整流电路外特性脉波整流电路外特性交流电源的系统阻抗交流电源的系统阻抗 整流变压器阻抗整流变压器阻抗轴向双分裂变压器等值电
16、路轴向双分裂变压器等值电路耦合系数耦合系数（1）（2）（3）（4）（5）（6）161514第三章第三章 牵引变电所整流机组牵引变电所整流机组v牵引整流机组接线方式牵引整流机组接线方式 v整流机组外特性整流机组外特性 v关键技术选择关键技术选择 一、一、牵引负荷特性牵引负荷特性 二、二、整流臂工作要求整流臂工作要求 三、三、各级电压规定各级电压规定 四、四、整流器负载的确定整流器负载的确定 五、五、整流器桥臂整流管数量确定分析整流器桥臂整流管数量确定分析 六、流器桥臂整流管结温校核六、流器桥臂整流管结温校核一、一、牵引负荷特性牵引负荷特性vIEC146 VI 级标准：级标准：100%额定负荷额定
17、负荷连续；连续；150%额定额定负荷负荷2h；300%额定负荷额定负荷1min。二、二、整流臂工作要求整流臂工作要求v整流器的设计应满足当任一臂并联的整流管有个损坏时，整流器的设计应满足当任一臂并联的整流管有个损坏时，能全负荷正常运行。整流器每个臂并联整流管的电流不平能全负荷正常运行。整流器每个臂并联整流管的电流不平衡度小于衡度小于10%。三、三、各级电压规定各级电压规定v直流侧空载情况下，整流变压器施加直流侧空载情况下，整流变压器施加351.05 kV 的交流的交流电压时，直流侧输出电压不超过电压时，直流侧输出电压不超过1800V，阀侧额定电压为，阀侧额定电压为1180 V。四、四、整流器负
18、载的确定整流器负载的确定v整流器的过载能力决定于整流管元件的过载能力，整流器的过载能力决定于整流管元件的过载能力，根据整流管的热容量能力的特点和变流技术规定：根据整流管的热容量能力的特点和变流技术规定：持续时间超过持续时间超过15 min 的过载，按连续负载条件设的过载，按连续负载条件设计。计。v因此参照牵引负荷特性的要求，城市轨道交通整因此参照牵引负荷特性的要求，城市轨道交通整流器装置的设计应按流器装置的设计应按150%额定负荷额定负荷2h特点进行特点进行设计。设计。五、五、整流器桥臂整流管数量确定分析整流器桥臂整流管数量确定分析v串联元件数量配置：考虑整流臂反向工作峰值电串联元件数量配置：
19、考虑整流臂反向工作峰值电压压、冲击过电压、元件特性差异所引起的电压分、冲击过电压、元件特性差异所引起的电压分布不均、电网电压波动、反向重复峰值电压等。布不均、电网电压波动、反向重复峰值电压等。v并联元件数量配置：考虑电流过载率、元件特性并联元件数量配置：考虑电流过载率、元件特性差异所引起的电流分布不均、联接型式、电流波差异所引起的电流分布不均、联接型式、电流波形、环境温度、冷却条件、海拔高度等。形、环境温度、冷却条件、海拔高度等。ARMcubAuSRRMuUK K KNUK 整流桥臂串联数 整流桥臂并联数()()A AVgAIPT AVCIIfWVhIK KNIKK K K K K 六、流器桥臂整流管结温校核六、流器桥臂整流管结温校核v在各种工况下，并在采用确定的散热器、最高环在各种工况下，并在采用确定的散热器、最高环境温度境温度40、自然冷却条件下，整流管结温不应、自然冷却条件下，整流管结温不应超过允许值超过允许值150。0()()tjjatP tRt dt
