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1 前言
城市軌道交通供電系統(tǒng)主要由電力網(wǎng)供電系統(tǒng) (一般稱中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng))、牽引供電系統(tǒng)和動力照明 供電系統(tǒng)構(gòu)成。城市軌道交通供電屬于一級供電負(fù)載，一旦中 斷，將影響城市軌道交通的環(huán)控和照明系統(tǒng)等的運 行。引起城市軌道交通和整個城市交通系統(tǒng)的混亂， 造成很大的社會影響。因此建設(shè)一個可靠的城市軌 道交通供電系統(tǒng)，對城市軌道交通有著極其重要的 意義。為此，城市軌道交通供電系統(tǒng)采取了許多措施 來確保城市軌道交通供電系統(tǒng)的可靠性。其中，變壓 器并聯(lián)運行是提高供電可靠性的主要措施之一。城 市軌道交通供電系統(tǒng)中，有許多處在并聯(lián)運行狀態(tài) 的變壓器。本文對以上幾個系統(tǒng)的變壓器加以分析 和研究，提出解決的方案和措施。
2.2 變壓器運行方式
正常運行方式下，各主變電所的兩臺主變壓器 分別運行并承擔(dān)各自供電分區(qū)內(nèi)的供電負(fù)載。環(huán)網(wǎng) 開關(guān)打開，各設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 壓損最小，損耗最少。 故障運行有以下兩種方式：
(1)當(dāng)任一主變電所的一臺主變壓器或?qū)?yīng)的 進(jìn)線電源故障時，切除故障設(shè)備和該主變電所正常 供電范圍內(nèi)的三級負(fù)載，合上主變電所的 35kV母 聯(lián)斷路器，由另一臺主變壓器向該主變電所供電范 圍內(nèi)的一、二級負(fù)載供電或者通過調(diào)度的倒閘作 業(yè)，實現(xiàn)三座主變電所剩余的 7臺變壓器向全線的 所有負(fù)載供電。當(dāng)一座主變電所解列退出運行時。 切除三級負(fù)載，由其他兩座主變電所向全線用電負(fù) 載供電。
(2)當(dāng)車站的降壓變電所或牽引降壓混合變電 所的進(jìn)線電源故障時 ，切除該故障電源 ，自動合上 該所的母聯(lián)斷路器，恢復(fù)正常供電。主變電所輸出的35kV雙 路輸電線路向沿線牽引變電所做雙邊或單邊供電; 輸出的 lOkV雙路輸電線路向沿線降壓變電所做單 邊供電或雙 T形供電。主變電所輸出的 35kV 雙路輸電線路向沿線牽引、降壓混合變電所做雙邊 或單邊供電。 以上兩種方式中的主變壓器都采取并聯(lián)運行 方式。特別是當(dāng)某一電源進(jìn)線出現(xiàn)故障時，兩臺變 壓器是標(biāo)準(zhǔn)的并聯(lián)運行方式。本文中對圖3所示接 線方式進(jìn)行分析。
2.3 運行分析
以一臺三相油浸 自然油循環(huán)風(fēng)冷有載調(diào)壓變 壓器為例進(jìn)行分析。基本參數(shù)如下。 ④變壓器額定容量：31 500kVA。 ②變壓器相數(shù)：3相。 ③額定頻率：50Hz。 ④變壓器額定線電壓和分接范圍：一次額定線 電壓：1 10~8x1.25%V;二次額定線電壓 35kV。 ⑤變壓器聯(lián)結(jié)組：YNyn0或 YNdl 1。 ⑥變壓器冷卻方式：風(fēng)冷。 ⑦一次側(cè)設(shè)備最高電壓：126kV，二次側(cè)設(shè)備最 高電壓：36kV。 ⑧安裝地點：戶內(nèi)或戶外。 ⑨阻抗電壓：l0.5%。 ⑩調(diào)壓方式：有載調(diào)壓。 由于一次側(cè)的母線正常時是斷開的，只有出現(xiàn) 故障時，才閉合上。盡管選擇的兩臺變壓器參數(shù)一 致，但每臺變壓器的電壓不一定相等，因此二次側(cè) 對應(yīng)繞組之間仍然會出現(xiàn)輸出電壓值不相同的情 況，而且由于二次側(cè)采用中性點小電阻接地運行方 式(本例是中性點直接接地)，所以在并聯(lián)的二次繞 組之間難免出現(xiàn)循環(huán)電流。下面分析一下最壞的情況。
按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB12325—1990的規(guī)定，35kV及 以上供電電壓的正負(fù)偏差的絕對值之和，不應(yīng)超過 額定電壓的 10%，也就是±5%。那么可以設(shè)定在最壞 的情況下，即一臺的一次電壓為+5%，而另一臺一次 電壓為一5%，分析二次側(cè)對應(yīng)繞組之間的循環(huán)電流。 1號變壓器輸入電壓為 110+110~5%=115.5kV; 而 2號變壓器輸入電壓為 110—110~5%=104.5kV， 那么循環(huán)電流為：1號和2號變壓器二次側(cè)的線電壓、1號和 2號變壓器二次側(cè)的額定 二次線電流，1號和 2號變壓器的短路阻 90A 此電流從 1號變壓器流向2號變壓器，即在最 壞的情況下，它們之間的循環(huán)電流是很大的，因此必 須加以解決，否則會產(chǎn)生許多問題。一般情況下 1號 和 2號變壓器的負(fù)載為 50%左右。那么在這個負(fù)載 下，產(chǎn)生的循環(huán)電流為：±( + 8.63-31.67)×( =240A 其中，A= 1~519.62=259.81A，即使負(fù)載只有 二 一半，產(chǎn)生的循環(huán)電流也很大。
由于循環(huán)電流的存在，盡管 1號和 2號變壓器 的參數(shù)一樣 、負(fù)載一樣 ，但由于電流的方向性，會使 其中的一臺變壓器可能滿負(fù)載甚至超負(fù)載，而另一 臺變壓器負(fù)載則不足。 因此建議采用中性點消弧線圈接地方式，不但 可以減少循環(huán)電流的大小，同時也有利于減小短路 事故引起的容性電流的數(shù)值，有利于熄弧。此外也建 議安裝有載調(diào)壓設(shè)備，以進(jìn)一步減少循環(huán)電流的數(shù) 值。另外，如果有載調(diào)壓不及時，還會造成負(fù)載的不 均衡和計量的不準(zhǔn)確以及損耗的加大和功率因數(shù)的 降低。特別是在空載的時候，由于循環(huán)電流的存在， 有時還會引起保護(hù)誤動作，為此必須采取相應(yīng)的措施。對于軌道交通中壓環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)變壓器，一次 側(cè)一般采用 l7擋有載調(diào)壓 ，為的是提高調(diào)壓的精度。
2.4 建議
由于城市軌道交通負(fù)載的特殊性，建議采取自 動調(diào)壓系統(tǒng)。根據(jù)變壓器運行情況可自動調(diào)節(jié)有載 調(diào)壓開關(guān)，使變壓器二次側(cè)電壓始終保持在合格范 圍內(nèi)，為經(jīng)濟(jì)運行 、延長設(shè)備使用壽命以及電網(wǎng)調(diào) 度 自動化創(chuàng)造條件。目前，自動調(diào)壓系統(tǒng)可靠性和 控制水平都是比較高的。一般具有防止電氣元件故 障而引起的連續(xù)調(diào)節(jié)一擋以上(滑擋)的措施 ，確保 一次調(diào)節(jié)指令只調(diào)節(jié)開關(guān)一擋，免除了對調(diào)壓開關(guān) 滑擋的后顧之憂。二是當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，控制 器能閉鎖輸出，保證主設(shè)備在非正常狀態(tài)時不動 作，以免擴(kuò)大故障。此外 自動調(diào)壓系統(tǒng)還具有自動 報警功能，能在連動或拒動時發(fā)出聲光報警，以便 及時處理。
4.3 初期、近期和遠(yuǎn)期運行模式
整流變壓器的損耗由空載損耗和負(fù)載損耗構(gòu) 成，在初期，牽引負(fù)載較小，單臺整流機(jī)組即可滿足 運行要求，雖然單臺整流機(jī)組運行時，諧波含量增 大，但由于負(fù)載小，產(chǎn)生的諧波也較小 ，仍能滿足國 標(biāo)的要求。另外，對于取消平衡電抗器的整流機(jī)組， 當(dāng)整流機(jī)組的負(fù)載低于 30%時，整流器將工作在推 挽狀態(tài)，使整流機(jī)組效率降低，交直流側(cè)諧波稍有增 加，變壓器二次側(cè) 5次諧波和 7次諧波電流增加。由 于初期負(fù)載較小，如采用整流機(jī)組并聯(lián)運行方式，整 流機(jī)組的負(fù)載大部分時間都將低于30%，整流器基 本工作在推挽狀態(tài)，初期采用單臺整流機(jī)組運行，整 流機(jī)組的負(fù)載將遠(yuǎn)高于30%，不會出現(xiàn)此現(xiàn)象;在經(jīng)濟(jì)上，由于整流變壓器負(fù)載小，空載損耗占較大比 重，單臺整流機(jī)組運行將比兩臺整流機(jī)組并聯(lián)運行 經(jīng)濟(jì)，根據(jù)初步估算，單臺整流機(jī)組運行時的損耗只 是兩臺整流機(jī)組并聯(lián)運行損耗的60%。按此推算， 初期如采用單臺整流機(jī)組運行，將比采用兩臺整流 機(jī)組并聯(lián)運行節(jié)省運營費用。 由于近期和遠(yuǎn)期負(fù)載相差不大，不宜采用單臺 整流機(jī)組運行的方式，以免整流機(jī)組在正常情況下 過負(fù)載運行，且電能損耗與兩臺整流機(jī)組并聯(lián)運行 時基本相當(dāng)，因此按兩臺整流機(jī)組并聯(lián)運行考慮為 佳。
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