自耦變壓器供電方式

《鐵道科學(xué)技術(shù)名詞》第一版。

1997年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。

自耦變壓器（AT）供電方式 牽引網(wǎng)以2×25 kV電壓供電，并在網(wǎng)內(nèi)分散設(shè)置自耦變壓器降壓至25 kV供電力牽引用。

與接觸網(wǎng)同桿架設(shè)一條對地電壓為25kV但相位與接觸網(wǎng)電壓反相的“正饋線”，構(gòu)成2×25 kV饋電系統(tǒng)。自耦變壓器變比為2:1，其一次繞組接在接觸網(wǎng)與正饋線之間，而中點(diǎn)則接至鋼軌。在接觸網(wǎng)與鋼軌和正饋線與鋼軌間形成25kV電壓可供電力牽引用電。這種方式可在不提高牽引網(wǎng)絕緣水平的條件下將饋電電壓提高一倍，可成倍提高牽引網(wǎng)的供電能力，擴(kuò)展?fàn)恳冸娝g距，牽引供電各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)十分優(yōu)越，特別適用于高速和重載電氣化鐵路，參見自耦變壓器供電方式。

⑴由于自耦變壓器的計(jì)算容量小于額定容量。所以在同樣的額定容量下，自耦變壓器的主要尺寸較小，有效材料（硅鋼片和導(dǎo)線）和結(jié)構(gòu)材料（鋼材）都相應(yīng)減少，從而降低了成本。有效材料的減少使得銅耗和鐵耗也相應(yīng)減少，故自耦變壓器的效率較高。同時(shí)由于主要尺寸的縮小和質(zhì)量的減小，可以在容許的運(yùn)輸條件下制造單臺容量更大的變壓器。但通常在自耦變壓器中只有k≤2時(shí)，上述優(yōu)點(diǎn)才明顯。

⑵由于自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值比雙繞組變壓器小，故電壓變化率較小，但短路電流較大。

⑶由于自耦變壓器一、二次之間有電的直接聯(lián)系，當(dāng)高壓側(cè)過電壓時(shí)會引起低壓側(cè)嚴(yán)重過電壓。為了避免這種危險(xiǎn)，一、二次都必須裝設(shè)避雷器，不要認(rèn)為一、二次繞組是串聯(lián)的，一次已裝、二次就可省略。

⑷在一般變壓器中。有載調(diào)壓裝置往往連接在接地的中性點(diǎn)上，這樣調(diào)壓裝置的電壓等級可以比在線端調(diào)壓時(shí)低。而自耦變壓器中性點(diǎn)調(diào)壓側(cè)會帶來所謂的相關(guān)調(diào)壓問題。因此，要求自耦變壓器有載調(diào)壓時(shí)，只能采用線端調(diào)壓方式。

自耦變壓器優(yōu)點(diǎn)

降壓起動器中的自耦變壓器的變壓比是固定的，而接觸式調(diào)壓器的變壓比是可變的。自耦變壓器與同容量的一般變壓器相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、用料省、體積小等優(yōu)點(diǎn)。尤其在變壓比接近于1的場合顯得特別經(jīng)濟(jì)，所以在電壓相近的大功率輸電變壓器中用得較多，此外在10千瓦以上異步電動機(jī)降壓起動器中得到廣泛使用。但是，由于初次級繞組共用一個繞組，有電的聯(lián)系，因此在某些場合不宜使用，特別是不能用作行燈變壓器。自耦變壓器與普通的雙繞組變壓器比較有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)消耗材料少，成本低。因?yàn)樽儔浩魉霉桎撈豌~線的量是和繞組的額定感應(yīng)電勢和額定電流有關(guān)，也即和繞組的容量有關(guān)，自耦變壓器繞組容量降低，所耗材料也減少，成本也低。

2)損耗少效益高。由于銅線和硅鋼片用量減少，在同樣的電流密度及磁通密度時(shí)，自耦變壓器的銅損和鐵損都比雙繞組變壓器減少，因此效益較高。

3)便于運(yùn)輸和安裝。因?yàn)樗韧萘康碾p繞組變壓器重量輕，尺寸小，占地面積小。

4)提高了變壓器的極限制造容量。變壓器的極限制造容量一般受運(yùn)輸條件的限制，在相同的運(yùn)輸條件的限制，在相同的運(yùn)輸條件下，自耦變壓器容量可比雙繞組變壓器制造大一些。

自耦變壓器缺點(diǎn)

在電力系統(tǒng)中采用自耦變壓器，也會有不利的影響。其缺點(diǎn)如下：

1)使電力系統(tǒng)短路電流增加。

由于自耦變壓器的高、中壓繞組之間有電的聯(lián)系，其短路阻抗只有同容量普通雙繞組變壓器的(1-1/K)平方倍，因此在電力系統(tǒng)中采用自耦變壓器后，將使三相短路電流顯著增加。又由于自耦變壓器中性點(diǎn)必須直接接地，所以將使系統(tǒng)的單相短路電流大為增加，有時(shí)甚至超過三相短路電流。

2)造成調(diào)壓上的一些困難。

主要也是因其高、中壓繞組有電的聯(lián)系引起的自耦變壓器可能的調(diào)壓方式有三種，第一種是在自耦變壓器繞組內(nèi)部裝設(shè)帶負(fù)荷改變分頭位置的調(diào)壓裝置；第二種是在高壓與中壓線路上裝設(shè)附加變壓器。而這三種方法不僅是制造上存在困難，不經(jīng)濟(jì)，且在運(yùn)行中也有缺點(diǎn)(如影響第三繞組的電壓)，解決得都不夠理想。

3)使繞組的過電壓保護(hù)復(fù)雜。

由于高、中壓繞組的自耦聯(lián)系，當(dāng)任一側(cè)落入一個波幅與該繞組絕緣水平相適應(yīng)的雷電沖擊波時(shí)，另一側(cè)出現(xiàn)的過電壓沖擊的波幅則可能超出該絕緣水平。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須在高、中壓兩側(cè)出線端都裝一組閥型避雷器。

4)使繼電保護(hù)復(fù)雜。

盡管自耦變壓器存在著一定的缺點(diǎn)，但各國還是非常重視自耦變壓器的應(yīng)用，主要是與電力系統(tǒng)向大容量高電壓的發(fā)展是分不開的，隨著容量增大，電壓升高，自耦變壓器的優(yōu)點(diǎn)就更為顯著。

自耦變壓器在不需要初、次級隔離的場合都有應(yīng)用，具有體積小、耗材少、效率高的優(yōu)點(diǎn)。常見的交流（手動旋轉(zhuǎn)）調(diào)壓器、家用小型交流穩(wěn)壓器內(nèi)的變壓器、三相電機(jī)自耦減壓起動箱內(nèi)的變壓器等等，都是自耦變壓器的應(yīng)用范例。

隨著電力系統(tǒng)向大容量、高電壓的方向快速發(fā)展，自耦變壓器以低成本、高效率等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高壓電力網(wǎng)絡(luò)中，成為傳遞重要電能的電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備。作為高壓電網(wǎng)中最重要的設(shè)備之一，自耦變壓器對于確保電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行、靈活分配電能有重大意義。

隨著高鐵的快速發(fā)展，自耦變壓器的可靠性對高鐵的安全運(yùn)行至關(guān)重要。而直擊雷、接觸網(wǎng)異物等引起高鐵短路跳閘事故頻發(fā)，其產(chǎn)生的短路沖擊電流極易引起自耦變壓器繞組故障，大大降低了變壓器運(yùn)行的可靠性，嚴(yán)重影響高鐵安全運(yùn)行。