机车主变压器常见故障分析毕业论文教材

1、山东职业学院毕业设计（论文）题 目：机车主变压器常见故障分析系 别： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 完成日期：山东职业学院毕业设计任务书班级学生姓名 指导教师设计题目主要 研究 内容电力机车主变压器结构、故障分析与研究一、电力机车主变压器的特点。二、电力机车主变压器故障分析与判断主要技 术指标 或研究 目标1.依据机车主变压器的基本结构2.掌握处理故障的原则。3.故障处理及事故抢修的过程及方法步骤。4.应急处理方案等基本 要求1、根据功能要求编制设计方案。2、撰写报告。主要参 考资料 及文献1 郭永年电工与电气设备水利电力出版社 1995.52 顾绳谷电机及拖动基础机械工业出版社

2、 2003.123 董其国红外诊断技术在电力设备中的应用 M 北京机械工业出版社， 1998.4 吉锋中国科技文库电工技术一种变压器自动灭火系统科技文献出版社 19985 马振良，肖信昌，何雨祥变电站值班员中国电力出版社 2002.4山东职业学院毕业设计（论文）评审表班级： 姓名： 学号：评价内容具体要求分值评分调查论证能独立查阅文献和调研；能提出并较好地论述课 题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新 知识的能力。10实验方案设计 与实验技能能正确设计实验方案，独立进行实验工作。20分析与解决问 题的能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题； 能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，

3、 得出有价值的结论。20工作量、 工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较 大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。20质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分， 结构严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字 通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书 写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果 有应用价值。20创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10成绩100论文评语：指导教师签名：评阅教师签名：山东职业学院毕业设计（论文）答辩记录及总成绩（答辩小组用）班级： 姓名： 学号：答辩题目对学生回答问题的评语正确基本 正确经提示 回答不正确未回答答辩委员会（或

4、小组）评语：成绩： 答辩负责人签名： 年月日指导教 师评分评阅 人评分答辩评 分论文 总成绩系毕业设计（论文）领导小组审核意见：小组组长签名：年月日注：毕业设计（论文）总成绩中，指导教师评分占 40%，评阅人评分占 20%，答辩评分占 40%摘要近年来，由于经济的快速发展和我国的资源分布不均等特殊条件， 铁路运输 以其运量大， 经济等显著特点在国民经济中占有重要地位， 在各种运输方式中起 到不可替代的作用。为了提高运输效率， 巩固和提高市场占有率， 铁路部门在大刀阔斧的进行机 构、制度改革的同时，也在不断进行技术革新。大力发展高速铁路和重载铁路， 在货物运输车辆技术方面，不断完善铁路货车构造，

5、运用新技术，新材料，在保 证安全的前提下，进一步提高了货车的载重和速度。机车变压器是电力系统中最关键的设备之一， 它承担着电压变换， 电能分配 和传输，并提供电力服务。变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、 经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。关键词： 机车变压器；结构，原理，故障分析；处理目录第一章绪论铁路运输是我国经济运行的大动脉， 在我国交通体系中占有重要的地位。 随 着国民经济的迅速发展， 我国铁路加快了以高速、 重载、安全为主题的发展步伐。 但行车安全是铁路运输的永恒主题， 铁路提速后对机车的安全性提出了更高更严 的要求。机车主变压器是电力机车

6、的心脏部分， 它的好坏直接影响到机车的行车 安全。从电力机车主变压器多年来运行的状况来看， 主变压器的故障率虽然不高， 可是一旦出现故障就会造成很大损失。近年来, 电力机车主变压器多次出现渗漏油故障 ,特别是有些新造的电力机 车主变压器也发生了该现象。 主变压器渗漏油不仅污染机车内部电缆及设备影响 变压器及相关设备的外观 , 造成不必要的损失；而且迫使主变压器不得不停电检 修,造成一定的社会影响甚至危及行车安全。 所以, 如何解决渗漏油问题是提高主 变压器质量的关键项点之一。电气设备运行状态的在线检测和故障诊断， 使设备从传统的预防性检修提高 到预知性状态检修，对提高设备运行可靠性与有效度，提

7、高电力系统经济效益， 降低维修成本，都有很重要的意义。主变压器又称为牵引变压器， 它是交 -直流传动电力机车中的重要电器设备。 用来将接触网上取得的单相工频交流 25KV 高压电降为机车各电路所需的电压， 以满足机车各种电机、 电器工作的需要。 主变压器的工作原理与普通单相降压电 力变压器基本相同， 但由于其工作条件特殊， 特别是为了满足机车调压、 整流电 路的特殊要求，故在主变压器的设计及结构型式上均有自身的特点。我国电力牵引变压器设计及工艺技术起源于 20 世纪 50 年代从前苏联引进 的 6Y2 机车牵引变压器技术，代表产品为 SS7E 型电力机车用 JDFP3-9180/25 型牵引变

8、压器。该变压器为立式结构，采用铜管冷却、车内进风等技术。经过不 断的技术改进，基本上形成了一个初步技术平台。第二章 主变压器作用及技术要求主变压器是交流电力机车上的一个重要部件 ,用来把接触网上取得的 25kV 高压电变换为供给牵引电动机及其它电机、 电器工作所适合的电压， 其工作原理 与普通电力变压器相同。主要技术参数额定容量、电压、电流（见表 2.1）表 2.1 额定容量、电压、电流绕组名称网侧牵引取暖励磁辅助端子代AXa1b1x1， a3x3 a2a2x2， a4x4a8x8a9x9a5 x5a6 x6a7x7b7x7额定容量 kVA91804 1905.4258223632012额定电

9、压 V250002337.8+675.62 872.7168.9337.8225.2额定电流 A367.22820667213.194753.5额定频率 50Hz 工作电压范围：最低 19kV最高 29kV额定阻抗电压 （归算到二次侧 ）（见表 2.2）表 2.2 额定分接的阻抗电压 （ 归算到二次侧额定电流 ）线圈组合阻抗电压线圈组合阻抗电压网侧 -牵引AX-a1x115.7%AX-a8x810.08%AX-a2x215.9%网侧 -取暖AX-a9x911.01%AX-a3x316.9%AX-a8x8+a9x911.98%AX-a4x416.8%网侧 -励磁AX-a5x51.049%- 3

10、-AX-a1x1+a3x39.8%AX-a6x61.071%AX-a2x2+a4x49.8%网侧 -辅助AX-a7X73.355%AX-a1x1+a2x2+a3x3+ a4x418.2%空载电流 0.394空载损 耗 4.2kW负载损耗 (75)128kW总损耗 (75)132.2kW冷却方式 强迫导向油循环吹风冷却 (ODAF)第三章 主变压器3.1 主变压器的主要结构韶山 7E 型电力机车主变压器采用壳式结构，与韶山 7 型电力机车主变压器 结构相似。变压器铁心呈双“口”字形，水平叠装，中心柱上布置高、 低压绕组， 铁心和铁轭截面为矩形。 所有高、 低压绕组均由饼式线圈组成， 线饼为带圆弧

11、角 的矩形。油箱分上、下两部分，其水平和垂直方向截面都是矩形，铁心卧式搁置 在下油箱上，上油箱套住器身，上下油箱压紧后焊接，从而使铁心夹紧。中间铁 心采用楔形板把线圈挤紧。 为减少线圈漏磁引起的附加损耗， 油箱上压紧铁心用 的“”筋板、楔形板及其上、 下垫板均采用低碳钢板， 并在线圈内腔的铁心上、 下方装设了由硅钢片制成的磁分路。3.2 主变压器主要部分的具体结构3.2.1 油箱主变压器油箱分上、下两节油箱。箱底及侧壁均由 5mm 的 16Mn 钢板焊接 而成。3.2.2 铁心主变压器铁心采用 30Q130硅钢片叠压而成，斜接缝，其尺寸同韶山 7 型电 力机车主变压器。如图 2-1。铁心叠厚

12、800mm,窗口尺寸为 290X700，铁心截面 积 1755cm2，铁心有效截面积 1650cm2。心柱磁通密度 1.535T 。叠片系数 0.94 铁心重 3055kg。3.2.3 线圈主变压器所有线圈均采用饼式线圈 ,交错排列。网侧线圈的一端 X 永久接地， 称为接地端；另一端 A 与接触网相接，称为高压端。为提高耐冲击过电压能力， 除首端 4 个线饼采用加强绝缘导线， 增大饼间油道和隔板数外， 在高压第一线饼 外还装设了静电屏，它与网侧线圈的引出头 A 端相连，以改善匝间电容的分布， 降低起始电位梯度。 为保证低压电路工作的可靠性， 与高压端邻近的牵引线圈侧 装有接地屏。网侧线圈采用两

13、根复合导线并绕及饼间换位以减少附加损耗。 复合导线由两 根 3.15mm4.75mm 扁铜线 NOMEX 纸包组合而成。牵引、辅助、励磁线圈均 由铜板焊接而成，尺寸相同，仅板厚不同。取暖线圈采用换位导线绕制。线圈技 术数据见表 2.1。图 2.1 主变压器铁心图表 2.3 主变压器线圈技术参数项目网侧线圈牵引线圈励磁线圈辅助线圈取暖线圈总匝数444 匝4X12 匝6匝（2+4）匝2X15.5 匝14线圈编号252851228321518212433363713141920每饼匝数2728333+32415.515.5导体尺寸2.5250125012502.65 5.62(3.15 4.75)9

14、( 2.82 5.79 )绝缘厚度1.281.120.580.580.580.45（1）网侧线圈共分 16 个线饼，其中有 4 个线饼是用 2 根组合导线并绕 27 匝而成；有 12 个线饼是用 2根组合导线并绕 28 匝而成。（2）牵引线圈采用 2.5mm 厚铜板，每饼线圈都为 3 匝，匝绝缘采用 1 层 0.18mm厚 NOMEX 纸板加 2层 0.2mm厚纸板。（3）取暖线圈共 2 个线饼，采用 NOMEX 纸包的换位导线（ 9 根）绕制， 每饼匝数 15.5 匝。（4）励磁线圈只有一个线饼，但分为两部分，一部分为a5x5,一部分分为a6x6,各是 3 匝，由 1mm 铜板焊接而成 ，匝

15、绝缘采用 1 层 0.18mm 厚 NOMEX 纸板加 2 层 0.2mm 厚纸板。（5）辅助线圈由 2 个线饼组成。一个线饼为 2 匝，一个线饼为 4 匝，也是 由 1mm 铜板焊接而成 ，匝绝缘采用 1 层 0.18mm 厚 NOMEX 纸板加 2 层 0.2mm 厚纸板。整个线饼通过成组工艺作成一个外观平整的绝缘整体，设有多种规格绝缘 件，有形槽板、弯隔板、 L 形角板、隔板等成形绝缘件。如图 2.2 所示。图 2.2 绝缘件a）低压形直槽板（外粘垫块）；b）高压形直槽板（内粘垫块）；c）形外弯板；d）形内弯板； e）L 形直角板； f） L 形圆角板； g）带油道割板（有 A 、 B

16、两种）。3.2.4 冷却系统JDFP2-7700/25型主变压器采用强迫油循环风冷 （ODAF） ，冷却系统见图 2.3 所示。其附属装置主要有：图 2.3 主变压器冷却系统图1潜油泵( B80-20/11B-SS11)主要技术参数供电电源 辅助逆变电源， 三相 50 1Hz额定功 率 11kW额定电 流 22.6A额定电 压 380V额定电 流 22.6A转速 2920r.p.m流量 80m3/h扬程 200kPa2全铝合金板翅式冷却器（ STD-SS11）主要技术参数 热交换功 率 260kW循环油 量 80m3/h入口油 温 850C空气侧 压 力 损失 1.275kPa入口风 温 40

17、0C油 侧 压 力 损 失 60kPa3风机，主要技术参数 额定功 率 20kW转速 1472r.p.m风量 375m3/h全压 2600Pa风机噪 声 96dB3.2.5 油保护装置 1储油柜采用铝板焊接结构，装在平波电抗器油箱上方，储油柜箱底作为 平波电抗器油箱的箱盖。储油柜的功能有二：（1）减少变压器油与空气接触面积，减缓变压器油的老化过程。（2）当油箱中变压器油受热膨胀时，使多余的那部分变压器油进入储油柜 中，并储存在储油柜里， 当油箱中的变压器油变冷收缩时， 储油柜里的油进入油 箱，并把油箱添满，使油箱在任何时候都充满变压器油。2油表油表焊装在储油柜上，储油柜的侧板上有两个 5mm

18、的孔，以保证储油柜 中的油能流入油表内，油表中有一反光板，用于指示油位。油表标有温度刻度， 这些刻度指示变压器未工作时，在环境温度分别是 +40、 +20、 -30时储油 柜里的油应具有的油位。3吸湿器吸湿器装在储油柜上， 用钢管与储油柜上部空间连接起来， 当储油柜油面上 升时，?柜内油位上部空间的部分空气须要排往大气。 当储油柜内的油位下降时， ?柜内油位上部的空气不足， 须要从大气中吸进空气 ，以免形成负压。 这就要求 在储油柜与大气中建立一个通道， ?这种通道间装设吸湿器用来当变压器油膨胀、 收缩和呼吸时，吸收空气中的灰尘、水分，以缓和油质的劣化速度。在吸湿器中 变压器油质量约为 100

19、g，硅胶质量约为 1500g。正常干燥情况下硅胶颜色为兰色 （青色），吸湿后是淡紫色，接近饱和时是淡红色，如果发现硅胶有二分之一以 上为淡红色时应进行干燥处理。4. 信号温度计WTZK-02 信号温度计装在储油柜上，用来测量变压器油箱上层油温。信号 温度计由测温筒 （油包）、金属毛细管、 测压弹簧、刻度盘、指针及接触系统组成。 当测温筒的温度升高时， ?其内的液体气化后体积膨胀，沿着金属毛细管传到测 压弹簧，?使其变形。 弹簧的变形通过传动机构改变指针的偏转角， ?从而指示油 温。信号温度计设有电接点， 信号温度计的感温头采用垂直安装， 温度计安装座 中可注变压器油。当油温超过 800C 时，

20、司机在故障显示屏上可看到。5. 油流继电器YJ-100 型油流继电器装在潜油泵出口联管中， ?当潜油泵正常运行时，油流 继电器的接点闭合，显示信号， ?表示油循环正常。反之，发出故障显示信号。6. 压力释放阀压力释放阀型号为 YSF5-70/50KJW 带两对常开接点，当变压器箱体内压力 超过 70kPa，压力释放阀打开，喷出的油经油管，从车体底部排到车外，同时接 点闭合，一对在显示屏上显示，一对跳主断路器，以免事故扩大。3.2.6 引出线接头1. 25kV 、300A 高压套管为户外形，套管上部在车顶外， ?下部在变压器油 箱内，其上套有高压电流互感器，如图 2.4 所示。- 10 -图 2

21、.4 高压套管2. 低压端子，采用镀银铝排环氧浇注端子，如图 2.5 所示图 2.5 环氧浇注端子1）环氧浇注端子； 2）镀银母线3.2.7 变压器油主变压器油箱内充满变压器油。 ?变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。 JDFP2-7700/25型主变压器采用的是 25号变压器油，重 3350kg。凝固点为-25 运行中的变压器油耐压一般不应低于 30kV。- 11 -第四章 电力机车主变压器常见故障的分析及处理4.1 主变压器常见故障的分析 主变压器是电力机车牵引供 供电系统安全稳定运行的关键设 在检修及运用中发生的一些典型电系统的核心设备 , 也是保证牵引 备。本文列举近年来我厂主变压器

22、故障 , 并根据故障情况和原因结合实际进行了分析 , 提出了解决方法 和改进建议。4.2 主变压器漏油及处理方法渗漏油故障是油浸式变压器 的惯性故障之一 , 变压器渗漏油不 仅影响变压器及相关设备的外观 , 还会污染机车内部电缆及设备 , 迫 使变压器不得不停电检修 , 甚至危 及行车安全。因此 , 解决渗漏 油问 题是提高主变压器质量的关键项 之一。电力机车主变压器渗漏 油的 部位主要有连接部位、密封垫的交 接面和箱体及附件焊接部 位。4.2.1 渗漏油主要原因主变压器的渗漏原因是多种 多样的, 主要表现在 : 密封件的老 化和密封件本身的产品质量不过 关; 焊接质量不良 ; 安装工艺和安

23、装操作不规范 ; 铸件有砂眼以及设备结构不合理和制造问题等等。4.2.2 处理方法针对密封垫渗漏 , 应先检查密 封垫是否有龟裂、断裂等现象 ; 同 时检查紧固螺栓紧固是否良好、有 无卡滞。在 SS4 机车主变压器上 , 曾多次发现由于法兰与碟阀之间 螺母选择不当致使影响密封- 12 - 垫无 法压紧的情况。 如检查良好 , 先均 匀紧固连接螺栓 ; 紧固无效 时 , 应 更换密封圈并重新上胶密封。 结构 不良或密封方法不合理的 部件 , 如 有些散热器、净油器联结法兰强度 不够, 在拧紧螺栓时引 起了变形 , 应予以改造或更换 ; 同时应注意密 封处的压接平面要光 洁平整。 针对裂纹及焊接质

24、量不良造 成的漏油 , 对存在的油污点 , 先用 小扁铲或钢丝刷清理 , 再用汽油清 洗并用绵丝擦净 , 观察并 找到渗漏 点的准确位置。 如无法用眼睛观察 到, 可以用粉笔涂抹在 疑点, 观察 粉笔湿润状态 , 来确定准确渗漏 点。针对渗漏点 , 可采 取补焊办法进 行修复。变压器油箱上部发现渗漏 时, 只须排出少量 的油即可焊接处 理 ; 油箱下部发现渗漏时 , 由于吊 芯放油浪费太 大且受现场条件限制 , 可采用带油焊接处理。带油补 焊应在漏油不 显著的情况下进行 , 一般禁止使用气焊。焊接选用较细 的焊条如 422、425 焊条为宜。 补焊 时应将施焊部位的油迹清除干净 , 施焊过 程

25、中要注意防止穿透和着 火。施焊部位必须在油面 200mm 以下。施 焊时采用断续、快速点焊 , 燃弧时间应控制在 10s 一 20s 之 内 , 绝对不允许长时间连续焊接。 补焊渗漏油较严重的孔隙时 , 可先 用 铁线等堵塞或铆后再施焊 ; 在靠 近密封橡胶垫圈或其它易损部件 附近施焊时 , 应采取冷却和保护措 施。4.3 散热器堵塞造成的油温升高故障及处理方法除 SS1、SS3 和 SS6 机车主变 压器外 , 其他机车主变压器均采 用 了铝制箱式散热器。 我厂检修的 SS7 系列电力机车从 2006 年开- 13 -始, 多次接到主变压器油温报警的质 量信息 , 特别是西安机务段的SS7E

26、 机车变压器 , 有多台运行温 度曾达到 90 。4.3.1 油温高主要原因经过对故障变压器散热器研究与探讨查发现 , 原因主要有两方面。 一部 分散热器由于风路翅片间隙设计 较小 （ 片间为矩形孔 , 规格 为 10.5mm 2.5mm）, 散热片间堵塞严 重 , 检查发现堵塞物主要是 破裂的 滤尘网 , 由于机车上盖安装的散热 风道滤尘网强度不高 , 破裂后卡滞 在散热片间 , 影响了散热器通风 量; 另一部分散热器 的上部翅片大 面积倒塌 , 堵塞了翅片之间的间 隙 , 使散热器通风 量减少 , 影响散 热效果。 3.2 处理方法 我厂结合中修对原有滤尘 网 进行了改造加固 , 在原有的

27、滤尘网 上下加装了强度较高的钢制 滤尘 网 , 避免原滤尘网受力破裂 ; 针对 箱式散热器上侧倒塌的散 热片 , 利 用扁嘴钳将其修复垂直 , 保证通风 顺畅。此外 , 建议运用 段定期对滤 尘网进行清扫。4.3.2 通过直流电阻测量发现的器身问题 测量主变压器绕组直流电阻 值是正常检修、例行试验等过程中 的基本项目之一 , 也是发生故障之 后的重要检查项目。我厂在 2006 年 7 月对一台 SS4 主变压器进行中修正常检查 时 , 测量其某绕组直流电组大于出 厂标准值的 30%, 远超过了中修限 度的 5%。随后进行吊芯检查 , 将器 身从油箱中吊出后 , 经过检查 , 发 现 A 柱与

28、X 柱绕组短接点外包绝 缘有发黑现象 ; 剥开外包绝 缘, 发 现引出头焊接部位由于虚焊存在 间隙, 有轻微放电现象。 重- 14 -新打磨 处理进行焊接后 , 直流电组恢复正 常。此次故障的检出 , 进 一步证实 了测量主变压器直流电阻的必要 性。4.4 感应耐压试验击穿故障及处理方法主变压器的感应耐压试验是 保证变压器质量标准的一项重要 试验。 变压器绕组的匝间、层间、段 间及相间绝缘的绝缘感应耐压试 验 , 是变压器绝缘试验中的重要项 目。 2006 年我厂已有三台主变压器 在做例行试验时 , 发生了感应耐压 击穿故障。4.4.1 故障原因我们通过对故障变压器高压 绕组进行 1.8kV 的无油耐压试验 , 找到了故障点及故障原因。 由于变 压器外牵引绕组绕制及组装需要 , 在其绝缘筒上部圆周上钻有 8 个 直径 8mm 的孔 , 组装完毕后用木 楔填满并进行了涂漆处理。 由于部 分填补处处理不当造成绝缘薄弱 , 而高压绕组首头部分与外牵引绕 组电位差较大 , 长时间运行后绝缘 老化 , 在此处发生了击穿现象。4.4.2 处理方法 对绝缘筒缝隙处打磨处理 , 用 环氧树脂对其进行 填补, 填补后涂 绝缘漆 ; 对烧损的铜线进行短接处 理, 焊