电力机车牵引变压器

1、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

2、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。一、机车主变压器的概况(1)机车主变压器的作用与运行条件电力机车主变压器是交流电力机车上的一个重要部件1，用来把接触网上取得的25kV高电压变换为供给牵引电动机及其他电机、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。主变压器安装在交流馈电的电力机车动车上，把馈电电源变换为适当的主电路电源和辅助电路电源，为了能自由地改变电压，使之适用于牵引电动机，交流电气化的初期，变压器的原边或次边绕组设有抽头，可使电压在一定的范围内变化，以实现牵引电动机的电压控制(即速度控制)。后来采用半导体器件控制牵引电动机电

3、压，为此要把次边绕组分成具有一定电压的2个绕组，向半导体变流器供电。辅助电源从变压器第3绕组获取。由于机车主变压器工作在电力机车上，因此电力机车在运行过程中所具有的一系列特点，必然要在主变压器的实际工作中反映出来，结果就造成了主变压器具有不同于普通变压器的工作条件和特点。主变压器的工作条件及特点，主要表现在以下几个方面:1、经常受到机械冲击和连续而强烈地机械振动;2、外型尺寸和重量有较严格限制(因为机车车体内安放电气设备的空间极为有限，而且机车轴重也有一定的规范);3、接触网波动范围比较大，牵引负荷变化也比较大;4、受大气过电压和操作过电压的作用，同时低压侧有较高的短路或率;5、当采用改变主变

4、压器输出电压的方法来调节机车速度时，主变压器的绕组需要安排较多的抽头数目，以便进行调压。综上所述，主变压器的工作条件与普通电力变压器截然不同，它的工作条件和工作环境是相当恶劣的。电力机车主变压器运行条件特殊，接触网电压变化大，机车额定工作电压25kV，正常的工作电压2029kV，允许偏差+16%和-20%，故障运行电压为19kV。在实际运行中，接触网首端电压有时达到31kV，机车再生制动时，网压可达到32kV。而电力变压器网压变化率只有±5%。与一般变压器相比，主变压器的馈电电压变动范围大;另外，馈电的分段处有电力中断，同时还伴有相位变化，所以主变压器常受到大的电冲击。机车运行时要求

5、无流通过分相区，接触网分相距离一般为2040km。牵引变压器要经常断开和接通。当列车平均速度为80km/h时，机车主变压器约15 30min投切一次。当列车平均速度为200kn/ h时，则10 20min就要投切一次。(2)变压器基本结构主变压器的基本结构有芯式和壳式两类。芯式结构或壳式结构是指变压器铁芯与绕组的相对位置而言。在我国，芯式变压器在应用上占有优势2。从变压器结构方面来说，通常分为六大部分即绕组、铁心、引线、器身、油箱和总装。机车主变压器也是由这几部分组成的。其中绕组、引线、器身和总装(涉及外绝缘)四大部分直接与绝缘有紧密的联系，铁心和油箱也涉及到绝缘问题。另外，绝缘问题无论是在变

6、压器制造过程中，还是在变压器运行中，往往都是最敏感，最直观表现出来，所以电力变压器各部件的绝缘成为变压器制造厂家和使用部门最为关注，最为重视的问题。变压器结构可用图2-1表示。(3)运行中的常见故障类型1、按故障发生部位分类:变压器外部故障油箱:焊接质量不好，密封填圈不好;电压分接开关传动装置:机械操动部分，控制部分等问题;冷却装置:风扇，输油泵、控制设备等问题;附件:绝缘套管、温度计、油位计、各种继电器等问题。变压器内部故障绕组:绝缘击穿，断线，变形;铁心:铁心叠片之间绝缘不好，接地不好，铁心两点或多点接地及铁心螺栓绝缘击穿;内部的装配金具问题:电压分节开关控制不到位，引线绝缘薄弱;绝缘油老

7、化。2、按故障性质分类变压器的内部故障主要有:过热性故障、放电性故障、油故障等类型。加速变压器寿命终结的根源是绝缘的老化。它使变压器逐渐丧失原有的机械性能和绝缘性能，容易产生局部放电，降低绝缘的工频及冲击击穿强度，缩短变压器的使用寿命。下面从故障性质出发对主变压器渗漏油的故障部位及主要原因进行详细论述。并从油箱结构设计、制造工艺和现场处理等方面提出解决主变压器渗漏油故障的措施。二、渗漏油的部位电力机车主变压器渗漏油的部位主要有箱体及附件的焊缝部位以及连接部位密封件的交界面。(1)焊缝部位主变压器包括油箱、箱盖、储油柜、散热器、净油器、安全气道等组件,这些组件都是通过施焊或者连接件来完成组装的。

8、组焊完成后如果焊缝部位存在夹砂、气孔、隐性裂纹,或者现场操作中没有完全消除残余应力等都会造成焊缝部位渗漏油现象的发生。实际运用中电力机车主变压器的渗漏油通常大部分是这些部件上渗漏油,据资料显示，其中SS3,SS4型机车主变压器就曾发生多起焊接部件渗漏油现象。(2)连接部位密封件的交界面在电力机车主变压器外部安装有冷却器、油泵、管路、蝶阀以及出线端子板等部件,这些部件之间的连接面都是通过密封件(密封圈和密封胶等)来进行密封的。这些密封件由于自身老化以及质量原因,极易造成主变压器运行过程中密封失效现象,导致渗漏油故障。三、渗漏油故障的原因(1)焊缝部位渗漏油原因设计缺陷。在对SS3,SS4等车型所

9、发生的主变压器储油柜及散热器由于焊接缺陷造成渗漏油现象的分析处理中发现:对于惯性及批量漏油现象,往往与结构设计有一定的关系。结构设计时如果对局部应力集中部位分析不深刻、或者存在设计缺陷,则机车经过一定时间运行后,会导致渗漏油故障。其次，在机车运行过程中,在某些特殊线路及特殊区段时,该部件受到冲击载荷,当局部应力长期超过许用应力时,就会造成疲劳裂纹,从而导致主变压器渗漏油现象的发生。另外,设计时某些结构缺陷如没能发现并处理好往往会导致批量主变压器油箱渗漏油现象发生。制造工艺原因。在主变压器制造过程中如果在进行工艺分析时,对一些结构的特殊要求没有注意,编制工艺时按一般结构焊缝进行处理;或焊接操作人

10、员不严格遵守工艺规范,焊接顺序不对,焊缝高度过大或过小,主变压器油箱制作完成后焊接残余应力处理不当;同时加上在产品检验过程中的疏忽或检验手段的缺乏,都会导致危险焊缝缺陷的存在,从而产生渗漏油现象。(2)密封件交界面渗漏油原因密封件的产品质量存在问题。在电力机车主变压器的制作过程中各连接部位的密封件安装不当,整固不到位。在电力机车主变压器大修及维护中密封件更换不及时,密封件失效。四、渗漏油现象的处理(1)预防措施对于由设计原因造成的油箱渗漏,除采用改进产品结构,加强结构分析,增加新产品运行考核等措施外,还可以借助先进的先期诊断手段,如采用计算机辅助结构分析软件进行强度和模态分析等,以减少设计缺陷

11、。而对于制造原因造成的渗漏,应要求操作人员严格按专业焊接标准控制变压器油箱制造工艺,在变压器油箱组装焊接完成后还需采取正确的消除残余应力措施,如振动或时效处理等,以解决由于加工焊接过程造成的应力集中,确保变压器油箱加工过程中形成的应力集中区和缺陷数量最少,从而消除漏油隐患。(2)现场处理措施焊缝渗漏第一，焊缝渗漏故障主要是由于焊缝存在应力集中、夹砂、气孔或裂纹导致的,处理时在确定渗漏位置后,先用钢丝刷清理,再用除油剂冲洗干净,用净布反复擦拭,最后在渗漏点处进行补、堆焊处理。第二，主变压器发生渗漏油不严重时,可考虑带油焊修。在补焊过程中,我们多采用石棉绳、木锲等物预先将渗漏处堵死,然后再进行焊接

12、;对不能预先塞死的渗漏处(如条裂),可以采用先一部分一部分地焊修,待渗漏处归结至一点后再用石棉绳、木锲塞死进行焊修;对于厚板上的小漏洞,先用小锤捻死,然后再焊接;对于微渗漏则一般采取先用电弧快速晃烤渗漏处四周,令其升温膨胀抑制油流,然后焊成。焊修时为防止烧穿,使漏处扩大,可以先在漏处上方进行适当加厚(即堆焊一下)。采用带油焊修时严禁长时间施焊,焊修点最好在油面下100200 mm处;箱内无油时严禁施焊。由于带油补焊是处理渗漏油的临时措施,仍旧存在再次渗漏的可能性,因此在适当时候必须严格按焊缝返修工艺进行清根返修。在现场处理渗漏油现象消失后,还需进行认真跟踪观察,确保不影响电力机车主变压器的正常

13、运行。 第三，如果漏油较严重,则须采用彻底的解决方法。在条件允许时可考虑先放油,吊芯后对漏油部位采用彻底的焊接补救方法。件允许时可考虑先放油,吊芯后对漏油部位采用彻底的焊接补救方法。第四，抽真空排油法。使变压器内部形成负压,变压器油不再渗漏,此时可以补焊,但是,抽真空时负压不宜过高,以内外压力相等为宜。密封件渗漏处理密封件渗漏情况比较复杂,要具体问题具体分析。先确定密封失效的原因,在现场可以先紧固密封件两端的紧固螺栓,如果还解决不了问题则需更换变形或者损伤的密封件。此外,在电力机车变压器大修或安装过程中一方面要不断提高密封件质量,另一方面现场操作中要注意密封件的正确安装和检查,有问题的及时更换

14、,最大限度防止密封件渗漏现象的发生。五、结语实际上造成渗漏的原因还有很多:如密封安装面对接部件不平(呈现马蹄形状),部分油塞密封面设计不合理,以及密封面法兰钢板较薄、强度不够,不足以保持密封效果等现象。漏油故障不同,解决问题的方法也不同,实际工作中需要我们认真分析和总结,以便把电力机车主变压器渗漏的预防及处理工作做的更好。参考文献：1王晓莺等.变压器故障与监测.北京:机械工业出版社，2004.2马开国.电力机车概论.北京:中国铁道出版社，1990.3马开国.电力机车概论.北京:中国铁道出版社，1990.4戴伟跃.谈科学合理的电力机车维修体系.机车电传动，1995.25余卫斌.韶山9型电力机车M

15、.北京:中国铁道出版社,2005.(1)以单相交流电能作为动力的电力机车。按牵引电动机的性质又可分为直流传动电力机车和交流传动电力机车两大类。(2)芯式铁心通常为垂直放置，圆筒形的高、低压绕组同心地套装在心柱上，使绕组包围心柱。为充分利用绕组内圆空间，心柱截面常为外接圆形的多级阶梯形;为使磁通在铁扼中分布均匀，铁扼截面最好与心柱截面相同，但为了使夹紧装置及绝缘零件等结构简化，铁扼截面一般都采用矩形或倒多级梯形。变压器的结构原理、用途分类及负荷能力（图）2009-06-28 16:10一、变压器的基本结构；     1 油浸变压器的结构   &#

16、160; 变压器组成部件包括器身(铁芯、绕组、绝缘、引线)、变压器油、油箱和冷却装置、调压装置、保护装置(吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等)和出线套管，（见图）。变压器结构图：1一高压套管；2一分接开关；3一低压套管；4一气体继电器；5一安全气道(防爆管)；6一储油柜；7一油表；8一呼吸器(吸湿器)；9一散热器；10一铭牌；11一接地螺栓；12一油样活门；13一放油门；14一活门；15一线圈；16一信号温度计；17一铁芯；18一净油器；19一油箱；20一变压器油    2 全密封变压器的结构     全密封配

17、电变压器取消了储油柜，采用膨胀式散热器，油箱与箱沿焊封结构。由于膨胀散热器可随变压器油体积变化而胀缩，从而实现变压器内部油和绝缘材料与外部大气隔绝，防止和减缓变压器油和绝缘材料受潮、劣化，而延长变压器使用寿命；全密封变压器内部紧固件均采用特制的防松紧固件锁紧：关键组、部件采用优质抗油材料密封或双重密封结构件，保证了变压器长途运输和运行中结构件不松动、密封性好和运行可靠。达到了变压器在现场安装时可不吊心检查，正常运行内部免维护，外部少维护的目的。             

18、60; 二、变压器的原理    变压器是电力系统中主要用来改变电压、传递电能的重要设备，是电网安全、经济运行的基础。变压器主要是根据电磁感应原理进行工作的。在闭合的铁芯上，绕有两个互相绝缘的绕组，其中，接入电源的一侧叫一次绕组，输出电能的一侧叫二次绕组。当交流电源电压加到一次侧绕组后，就有交流电流通过该绕组，在铁芯中产生交变磁通。这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，两个绕组中分别产生感应电势E1和E2。这时，如果二次侧绕组与外电路的负载接通，便有电流流入负载，即二次侧绕组有电能输出。    三、变压器的用途及分类&#

19、160;    <一>变压器的用途     现代化的工业企业广泛的采用电力作为能源，而发电厂发出的电力往往需经远距离传输才能到达用电地区。在传输的功率恒定时，传输电压越高，则所需的电流越小。因为电压降正比于电流。线损正比于电流的平方，所以用较高的输电电压可以获得较低的线路压降和线路损耗，要制造电压很高的发电机，目前技术很困难，所以要用专门的设备将发电机端的电压升高以后再输送出去，这种专门的设备就是变压器。另一方面，在受电端又必须用降压变压器将高压降低到配电系统的电压，故要经过一系列配电变压器将高压降低到合适的值以

20、供使用。     由以上可知，变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器。 在电力系统中，变压器的地位十分重要，不仅所需数量多，而且性能好，运行安全靠。     变压器除了应用在电力系统中，还应用在需要特种电源的工矿企业中。例如：冶炼用的电炉变压器，电解或化工用的整流变压器，焊接用的电焊变压器，试验用的试验变压器，交通用的牵引变压器，以及补偿用的电抗器，保护用的消弧线圈，测量用的互感器等。     <二>变压器的分类。   

21、  1>按用途分类：有电力变压器、特种变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、冲击变压器、电抗器、互感器等。     2>按结构型式分类：有单项变压器、三相变压器及多相变压器。     3>按冷却介质分类：有干式变压器、液（油）浸变压器及充气变压器等。     4>按冷却方式分类：有自然冷式、风冷式、水冷式、强迫油循环风（水）冷方式、及水内冷式等。     5>按线圈数量分类：有自

22、耦变压器、双绕组及三绕组变压器等。     6>按导电材质分类：有铜线变压器、铝线变压器及半铜半铝、超导等变压器。     7>按调压方式分类：可分为无励磁调压变压器、有载调压变压器。     8>按中性点绝缘水平分类：有全绝缘变压器、半绝缘（分级绝缘）变压器。     9>按铁心型式分类：有心式变压器、壳式变压器及辐射式变压器等。     在电力网中，把水力、火力及其它形

23、式电厂中发电机组能产生的交流电压升高后向电力网输出电能的变压器称为升压变压器，火力发电厂还要安装厂用电变压器，供起动机组之用，用于降低电压的变压器称为降压变压器，用于联络两种不同电压网络的变压器称为联络变压器。将电压降低到电气设备工作电压的变压器称为配电变压器。配电前用的各级变压器称为输电变压器。变压器在电力网中的应用示意图     四、变化压器允许的过负荷能力    变压器的过负荷能力，是指在较短时间内所能输出最大的容量。即在不损坏变压器线圈的绝缘和降低变压器使用寿命的条件下，它可能大于变压器的额定容量。变压器的过负荷能力分正常过负

24、荷能力和事故过负荷能力两种。    变压器的正常过负荷指的是不影响其寿命，在正常运行时允许的过负荷。这是因为变压器在一昼夜内的负荷，有时是高峰，有时是低谷，在低谷时，变压器在较低的温度下运行，其次，在一年内，季节性的温度也在变化，因此在变压器的绝缘和寿命不受影响的前提下，变压器可以在高峰负荷及冬季时过负荷运行。     当发生事故时，为保证重要设备的连续供电，变压器允许短时间过负荷的能力，称为事故过负荷能力。事故过负荷会引起变压器绕组绝缘温度超过允许值，使绝缘老化速度比正常条件下快得多，因而会缩短变压器的使用年限。但考虑到事故发生的机

25、会少，而且变压器平时往往欠负荷运行，因此短时间的过负荷不会引起绝缘的显著损坏。              自然冷却油浸变压器允许的事故过负荷能力   过负荷倍数    1.3 1.45 1.60 1.75   2.0允许持续时间（min）120 80    45    20    10  

26、           干式变压器允许的事故过负荷能力   过负荷倍数     1.2   1.3 1.4 1.5   1.6允许持续时间（min） 60   45 32 18     5    五、允许的短路电流：    变压器的允许短路电流应根据变压器的阻抗与系统阻抗来确定。但但不应超过线圈额定电流的25倍，当超过25倍时，应采取限制短路的措施。短路电流的持续时间不得超过：短路电流倍数 20以上 20-15 15以下持续时间（s）