新型换流变压器在地铁供电中的运用

新型换流变压器在地铁供电中的运用

宋洁雯

昆明地铁运营有限公司 650021

摘要：由于谐波电流会给地铁供电系统带来不良影响，导致电力系统出现电压畸变等阻碍正常运行的情况，需要加强对滤波装置、无功补偿装置的有效利用。而传统的整流变压器在运行过程中会产生较高的温度，并且容易造成噪声污染，利用新型换流变压器可以减少供电系统的运行成本，同时降低电能损耗，达到节能减排的目的。需要正确配置新型换流变压器，为地铁的供电系统提供强大动力，强化电力系统运行过程中的安全性、可靠性，提升城市轨道交通行业的发展水平。

关键词：新型换流变压器；地铁供电系统；运行原理

滤波装置、无功补偿装置通常会安装在地铁供电系统的网侧，传统的换流站会产生大量的谐波，同时增加了无功功率的消耗，导致在变压器方面需要投入更多成本，在此基础上会产生大量噪音。通过应用新型换流变压器能够有效解决以上难题，维持地铁供电系统的稳定运行。

1.地铁供电系统运用新型换流变压器的必要性分析

通常情况下，地铁供电系统将滤波装置和无功补偿装置安装在网侧，对于传统换流站消耗的无功功率及产生的滤波而言，换流变压器的原副边绕组是不可或缺的关键通道，虽然此种设计方案有助于供电系统的稳定运行，但容易使变压器产生很大的工作噪声，且需要投入较高的成本。而利用新型换流变压器可以有效解决以上问题，主要因为此类变压器具备自耦补偿、谐波屏蔽的强大功能。地铁供电系统涉及到的构成部分呈多元化特点，主要有牵引网、电力监控、牵引供电、主变电站等，其中牵引网属于直流系统，750V和1500V为常用的电压等级，直流牵引网系统主要由整流器、滤波器、整流变压器几部分构成，且含有大量的谐波，在实际运行过程中容易给电力系统、电网系统带来不良影响，需要合理利用新型换流变压器降低以上问题的发生概率。

2.新型换流变压器的主要功能、特征分析

2.1新型换流变压器运用中的各项功能

立足于新型换流变压器功能的角度进行分析，可以实现交流系统与直流系统的完全隔离，在整流站换流器的作用下，可以达到交流电向直流电转换的目的，及时向逆变站输送转换得到的直流电，之后在交流器的作用下完成直流电向交流电的转换，并第一时间向受端交流电网系统中输送交流电。此外，新型换流变压器网侧交流母线的电压可以保证符合交流电压的规定要求，同时，通过利用换流器，能够使阀侧绕组电压满足直流电压的要求。

2.2新型换流变压器运用中的主要特征

2.2.1短路阻抗及应用策略

在换流变压器的所有功能中，最为突出的是频繁换相，避免不了在换相时会出现短暂的短路现象，通常情况下，在进入和退出导通的换流阀的过程中，容易出现短路情况。当出现换流阀间短路时，产生的巨大电流会给换流阀内部的可控硅元件带来不同程度的损伤，需要结合换流变压器的实际运行情况设置相应的短路阻抗，降低元件损坏的发生概率。应合理控制短路阻抗的大小，如果出现短路阻抗过大的情况，会带来更多的无功消耗，导致换流变压器的功率因换相电压的变化而降低，影响整体运行效率。

2.2.2绝缘问题和谐波问题

新型换流变压器与普通电力变压器相比具备很多突出的特点、优势，例如，直流电压与交流电压之间会产生双重叠加作用，同时，在直流输电系统功率传输方向发生变化的过程中，会出现直流电压极性的反转，使得换流变压器拥有不同的场强，且电位分布与普通电力变压器之间也存在差异，为了强化整体的安全性，应该提高对绝缘问题的重视，积极应用全绝缘的方式，提高换流变压器运行过程中的可靠性。对于谐波问题来说，换流器容易在高压直流输电系统的运行过程中消耗大量的无功功率，与此同时也会有大量的谐波产生，主要包括非特征谐波、特征谐波，换流变压器的网侧绕组、阀侧绕组是以上两种谐波的必经之路。由于换流变压器运行中，漏磁情况较为常见，其产生的谐波分量会增加变压器的杂散损耗，容易导致油箱壁、金属部件出现局部温度过高的情况，给变压器的稳定运行带来不良影响，在谐波的影响下会产生较大的噪声。

3.新型换流变压器的运用原理分析

与普通的变压器相比，新型换流变压器具备很多特殊性，较为明显的为变压器的自身绕组，此种特点直接影响其接线方式，可以选择在副边绕组中间抽头处安装特征谐波滤波器的方式。在此基础上提高对变压器阻抗设计工作的重视，合理调整、优化各项参数，主要包含公共绕组尺寸、绕组位置等，通过相关工作的落实，可以降低公共绕组的等值阻抗，并且在滤波器提供的短路作用下，可以让阀侧谐波电流按照延伸边绕组、短路通道的顺序进行流动，进一步保证延伸边绕组谐波电流所产生谐波磁势的平衡性。与此同时，阀侧在滤波器的作用下不仅可以拥有滤波功能，还能发挥无功补偿的作用，为谐波的快速通过提供相应的通道。新型换流变压器及滤波系统如图1所示。

图1 新型换流变压器及其滤波系统

4.新型换流变压器的实际应用分析

将换流变压器应用在地铁供电系统中，可以有效调整功率因数，即由传统的0.954转变为0.996。如果使用传统的整流变压器，为了减少绕组中滤波的出现，需合理控制整流变压器换流阀侧的两组绕组所连接的母线电压相位相差，保证为π/6，同时维持负载的平衡性，但是由于两组换流阀侧绕组之间无法全面抵消磁势，会阻碍实现以上目标，给相关工作带来较大的挑战。而运用新型换流变压器可以良好的处理以上问题，有效屏蔽产生的谐波，控制谐波幅值在规定的范围内。换流变压器可以在自身连接母线输出电压与24脉搏整流达到雷同时替换传统的整流变压器，降低地铁供电系统中传统整流变压器供电问题的发生概率，提高供电系统的运行效率，减少给地铁稳定运行带来的不良影响。

结语：在地铁供电系统中，传统整流变压器在使用的过程中会产生大量的高次谐波，不仅影响供电系统的稳定运行，还会给地铁的安全性带来不良影响。而利用新型换流变压器，能够发挥屏蔽高次谐波的作用，避免因高次谐波的影响阻碍地铁供电系统的正常运转，强化地铁运行的可靠性，保障乘客的人身安全，促进城市轨道交通事业的有序发展，为社会经济的可持续建设提供充足动力。

参考文献：

[1]员松松.地铁供电系统中变压器保护及故障解决[J].技术与市场,2016(4):61-62.

[2]杜雨萌.地铁供电系统中变压器保护及故障解决[J].电力系统装备,2019(8):2.