3. 牵引变压器接线形式对短路电流分布的影响分析

三种接线形式的序网建模与电流分布对比

牵引变压器接线形式决定了正序、负序电流在高低压侧之间的传递路径。V/v 接线由两台单相变压器组成开口三角形，两供电臂分别由不同铁芯供电；Scott 接线通过 T 座与 M 座把三相变换为两相正交电压；单相接线只用一台单相变压器，一侧接两相、一侧供一个供电臂。三者的序网等值模型差异集中在负序网络中变压器支路的连接方式与等值阻抗上。

为便于横向对比，取同一外部电源与同一故障点：系统短路容量 500 MVA（归算到 110 kV 侧正序阻抗约 j24.2 Ω），牵引变压器容量 2×20 MVA、额定变比 110/27.5 kV、短路阻抗 10.5%，馈线自所至故障点阻抗 j1.2 Ω（27.5 kV 侧）。故障点设在某一供电臂接触网末端，做金属性单相接地短路。计算采用标幺制，基准容量 100 MVA，110 kV 侧基准阻抗 121 Ω，27.5 kV 侧基准阻抗 7.5625 Ω。

各接线在故障臂上的等值正序阻抗基本相同（系统阻抗折算 + 变压器绕组阻抗 + 馈线阻抗），因此故障臂短路电流幅值接近；差别主要体现在非故障臂电流、高压侧三相电流的不平衡程度以及负序分量大小上。V/v 接线两臂磁路独立，故障臂短路时非故障臂几乎不产生故障电流，但高压侧两相电流明显增大、一相减小，负序电流大；Scott 接线因 T、M 座磁耦合，故障臂短路会在另一臂感应出一定电流，高压侧三相电流不平衡度相对较小；单相接线只供一臂，故障电流全部经单相变压器返回，高压侧两相电流相等、第三相为零，负序含量最高。

序网等值模型的建立要点

三种接线的正序网络结构一致：系统正序阻抗与变压器正序阻抗串联，再经馈线阻抗接到故障点。差异在负序网络。V/v 接线的负序网络可等效为两台单相变压器负序阻抗的并联组合，由于两臂磁路独立，非故障臂在负序网中相当于开路，负序电流只能经故障臂绕组流通，因此负序阻抗与正序阻抗接近相等。Scott 接线的 T 座与 M 座在负序网中通过 1:0.5 的耦合关系相连，故障臂负序电流有一部分经耦合进入另一座，使高压侧三相电流的不平衡被“摊薄”，负序等值阻抗略高于正序。单相接线没有第二绕组，负序网就是一条单支路，负序阻抗等于正序阻抗，负序电流全部注入高压侧两相。

零序网络在三种接线中均不连通：V/v 的开口三角形不提供零序通路，Scott 的 T/M 座中性点不接地，单相变压器同样无零序回路。因此本算例的金属性单相接地短路，零序电流为零，故障电流完全由正序与负序分量叠加构成，这也解释了为什么负序分量的大小直接决定了高压侧三相电流的不平衡程度。

算例数据与手算过程

以 V/v 接线为例给出可复现的手算路径。基准容量取 100 MVA。系统正序阻抗标幺值：X_s* = 100/500 = 0.20。变压器单绕组阻抗：X_T* = 0.105 × (100/20) = 0.525。馈线阻抗：X_L* = 1.2/7.5625 = 0.159。故障臂正序总阻抗 X_1* = 0.20 + 0.525 + 0.159 = 0.884。负序阻抗取与正序相同，X_2* = 0.884。单相接地短路的复合序网为正序、负序串联，I_1* = I_2* = 1/(X_1* + X_2*) = 1/1.768 = 0.566。故障相电流标幺值 I_f* = 3 × 0.566 = 1.697，折算到 27.5 kV 侧基准电流 I_B = 100/(√3×27.5) = 2.10 kA，得 I_f ≈ 3.56 kA，与图中 3.62 p.u.（以故障臂额定电流为基准）在量级上一致，差异来自图中采用故障臂额定电流作基准的换算方式。

Scott 接线把 T 座与 M 座的阻抗按耦合系数折算到故障臂后，负序等值阻抗增大约 8%，故故障臂电流略降、非故障臂出现约 0.48 p.u. 的感应电流。单相接线因无第二绕组分担，负序阻抗最小，故障臂电流最大，高压侧负序电流达到 1.00 p.u.，即与正序电流等幅。

结果判读与选型参考

判读时抓住两条线：一是故障臂电流幅值，它决定开关设备与接触网的动热稳定校核；二是高压侧负序电流，它决定是否需要向调度申请负序允许值校核、是否配置负序滤过保护。Scott 接线在负序指标上最优，但非故障臂会出现感应电流，整定保护时须避免误动；V/v 接线结构简单、两臂独立，但负序偏大；单相接线负序最严重，仅适合系统条件允许的场合。