牽引變壓器的過負荷能力一般受限于變壓器繞組最熱點溫度和頂層油溫。在評價牽引變壓器的過負荷能力時，所選擇的典型負荷曲線必須合理，使之能夠正確反映線路的牽引變壓器運行狀況。本文介紹以一種典型負荷曲線為例，對牽引變壓器的溫升計算和壽命損失做了研究，并從安全性和經(jīng)濟性角度對牽引變壓器容量的合理選擇進行了探討。

電氣化鐵道牽引負荷具有波動性大的特點，正常運行時牽引變壓器大多處于欠負載狀態(tài)，而在短時緊密運行時又會出現(xiàn)過負載現(xiàn)象。

在確定牽引變壓器容量時，必須根據(jù)牽引負荷的特點，從安全運行和經(jīng)濟方面進行綜合考慮，容量選擇過小會使牽引變壓器長期過載，造成壽命縮短甚至燒毀；容量選擇過大除了造成供電設備容量閑置外，在當前兩部制電價情況下，鐵路局每年還要為此付出高額的基本電費。因此，鐵路設計部門所確定的牽引變壓器的安裝容量，不僅涉及到牽引供電系統(tǒng)的安全性問題，而且和鐵路運營部門的運輸成本息息相關。

確定牽引變壓器容量是在保證牽引供電安全性的前提下，充分利用牽引變壓器的過負荷能力，提高牽引變壓器容量利用率，這對于降低鐵路運輸成本具有十分重要的意義。

1、典型負荷曲線的溫升計算

1.1牽引變壓器過負荷能力和典型負荷曲線

在采用常規(guī)絕緣材料的變壓器中，線圈絕緣的最高耐受溫度決定了變壓器所能承受的最大負載，當采用耐高溫固體絕緣材料后，變壓器油的耐受溫度就變成了一個重要因素。油浸式電力變壓器在過負荷狀態(tài)下繞組最熱點溫度不應超過140℃；油面溫度不應超過105。C131。對于采用常規(guī)絕緣紙板紙和常規(guī)變壓器油的牽引變壓器，也以相同的限制指標為約束條件。

對于電力變壓器的過負荷能力評估，一般用等效的二級矩形負載周期圖表示實際負載周期。引。由于牽引變壓器的負荷狀況和電力變壓器有顯著不同，而且不同等級線路的負荷狀況相差很大，所選擇的典型負荷曲線必須合理，使之能夠正確反映不同線路的牽引變壓器運行狀況，同時滿足牽引變壓器的溫升標準。文獻給出了典型負荷曲線的確定原則與步驟。

參考鐵路運營部門和設計單位提出的諸多牽引變壓器典型負荷曲線，可采用典型負荷曲線，以某容量為31．5 MVA的平衡牽引變壓器的溫升實驗結果及技術參數(shù)為基礎，對其進行溫升計算和壽命損失分析。

1．2牽引變壓器溫升計算模型

為了變壓器能夠安全經(jīng)濟地運行，國際電工委員會IEC354．1991標準和國標GB／T15164．94《油浸式電力變壓器負載導則》規(guī)定了油浸式電力變壓器超銘牌額定值負載的限制條件、穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)下的繞組熱點溫度的計算方法，并推薦了溫度計算用的數(shù)學模型。下面給出IEC354．1991溫升模型中的變壓器各部分穩(wěn)態(tài)溫升和暫態(tài)溫升的計算公式。

2、變壓器容量的合理選擇

合理選擇牽引變壓器的安裝容量，必須從安全性和經(jīng)濟性2個方面進行綜合考慮。

2.1安全性

減小牽引變壓器的安裝容量是降低鐵路運輸成本的可行方法之一，但必須在保證安全供電的前提下進行。IEC354．1991標準和國標《油浸式電力變壓器負載導則》給出了超過銘牌額定值時負載的電流和溫度限值：對于中型電力變壓器，短期急救負載電流標幺值不超過1．8，繞組最熱點溫度不超過160℃，頂層油溫不超過115℃。但為了疏解列車或搶運貨物而出現(xiàn)列車緊密運行的情況下，牽引變壓器過負荷往往達到2倍甚至更高。因此，國標中短期急救負載電流標幺值不超過1．8的規(guī)定，對于牽引變壓器并不一定合適。

對于牽引變壓器繞組最熱點溫度限值，需要根據(jù)牽引變壓器使用的絕緣材料耐熱等級的不同而合理確定。國內外科研機構對此做了大量深入的研究。根據(jù)變壓器油高溫下的電氣性能和理化性能的試驗結果，文獻給出了溫度限值：采用常規(guī)絕緣紙板紙和常規(guī)變壓器油的牽引變壓器中，過負荷狀態(tài)下繞組最熱點溫度不應超過140℃；在額定負荷狀態(tài)下且環(huán)境溫度為40℃時，油面溫度不應超過105℃。采用NOMEX紙和常規(guī)變壓器油的牽引變壓器，繞組最熱點溫度允許達到160℃。

牽引變壓器安裝容量選擇過小，輕則導致牽引變壓器長期過載，造成壽命縮短；重則導致變壓器燒毀，影響鐵路的安全運營，造成國民經(jīng)濟的重大損失。

2.2經(jīng)濟性

在保證供電安全性的前提下，從經(jīng)濟性方面考慮牽引變壓器的安裝容量，需要從變壓器的價格、變壓器的使用年限、變壓器安裝容量的基本電價等方面綜合考慮。

如果將上述3 1．5MVA的平衡牽引變壓器換成40 MVA容量的變壓器，兩者的經(jīng)濟性比較。

采用40 MVA牽引變壓器時，變壓器日壽命損耗不超過24h，牽引變壓器可以運行30年。當采用31．5MVA牽引變壓器時，由于熱老化日壽命損．失占正常日壽命損失的117．23％，理論上牽引變壓器可安全運行25．59年。從表2可以看出，采用容量為31．5MVA的牽引變壓器，每年變壓器成本投入13．87萬元，固定電費78．75萬元，2項合計92．62

萬元。而采用容量為40 MVA的牽引變壓器，每年2項合計113．83萬元。

由此可見，在保證牽引變壓器安全運行的前提下，適當提高牽引變壓器的熱老化日壽命損失，從而降低牽引變壓器的安裝容量，在經(jīng)濟上是完全可行的。，

影響牽引變壓器壽命的因素是多方面的，隨著現(xiàn)代電力變壓器制造工藝的提高，影響牽引變壓器壽命的因素集中體現(xiàn)在變壓器各部分的溫度。

典型負荷曲線是變壓器制造和運行的重要參考依據(jù)，對合理選擇牽引變壓器容量具有重要參考作用。典型負荷曲線的過負荷倍數(shù)過大、過負荷時間過長，將大大提高牽引變壓器的制造成本和運行成本；典型負荷曲線的過負荷倍數(shù)過小、過負荷時間過短，會導致安裝容量過大、牽引變壓器過負荷能力得不到充分利用。因此，有計劃地選擇一些典型線路，分別對普速客貨混跑鐵路、重載鐵路、高速客運專線開展牽引負荷測量，建立符合各種典型線路實際情況的典型負荷曲線是十分必要的。

利用溫升計算和壽命損失分析的結果，本文從安全和經(jīng)濟角度對牽引變壓器容量的合理選擇進行了探討。在保證牽引變壓器安全運行的前提下，可以適當提高牽引變壓器的熱老化日壽命損失。雖然會縮短牽引變壓器的使用壽命，但有利于降低牽引變壓器的安裝容量、充分利用牽引變壓器的過負載能力、降低固定電費，即使僅從經(jīng)濟上分析也是完全可取的。