CRH2型动车组牵引变压器

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1、CRH2 型动车组牵引变压器7.4.1 牵引变压器的结构及原理牵引变压器是动车组上的重要部件，用来把接触网上取 得的 25kV 高压电变换为供给牵引变流器及其他电器工作所 适合的电压。变压器中最主要的部件是铁芯和绕组，它们构成了变压 器的本体。变压器的铁芯既是磁路，又是套装绕组的骨架。 按照铁芯的结构，变压器可分为芯式和壳式两种。芯式结构 的绕组装配和绝缘比较容易，所以电力变压器常常采用芯式 结构。壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、大电流的 变压器或小容量电讯变压器。绕组是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或 圆线绕成。其中输入电能的绕组称为原边绕组，输出电能的 绕组称为牵引绕组，它

2、们通常套装在同一芯柱上。原边、牵引绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用， 原边绕组的电能可传递到牵引绕组，且使原边、牵引绕组具 有不同的电压和电流。原边、牵引绕组的电压分别与绕组的 匝数成正比，电流分别与绕组匝数成反比。7.4.2 牵引变压器的特点CRH 型动车组采用 ATM9 型牵引变压器，其工作原理与普 2通电力变压器相同。但由于动车组变压器工作条件的特殊性，又具有如下特点：(1) 具有坚固的机械结构，耐机械振动和冲击。(2) 采用特制 30ZHl05E 低损耗硅钢片，降低了变压器的 铁损。(3) 体积小、质量轻。 变压器采用壳式铁芯，其油箱紧包变压器铁芯及线圈， 使得变压器内部结构紧凑，

3、减小了变压器的尺寸及质量； 原边、牵引线圈采用铝质线圈； 电磁线电密大，用量小； 取消了牵引绕组滤波电抗器。(4)牵引绕组 各牵引绕组的电抗相等，以保证牵引绕组侧并联的 PWM 整流器的负荷平衡； 牵引绕组侧各绕组的电抗比较高，从而达到抑制牵引 绕组电流纹波、控制开关器件的关断电流以及抑制网侧谐波电流的要求； 牵引绕组侧励磁电抗应尽量小； 牵引绕组侧各绕组之间采用去耦结构，避免当各绕组 之间相互干扰很强时，牵引绕组电流波形紊乱而严重影响开 关器件的关断电流及网侧谐波电流的抑制； 牵引绕组为两个独立绕组，每个绕组与一台牵引变流 器连接，确保牵引绕组的高电抗和疏耦合性，两牵引绕组与各自的高压线圈耦

4、合，相互影响很小，牵引变换装置具有稳 定运行的特性。另外，为对应于每个牵引绕组的增容，原边 绕组配置了两个并联的线圈。(5)绝缘性能接触网电压变动范围大，受大气过电压和操作过电压等 的影响，要求其具有较大的工作范围及较好的绝缘性能。该 变压器采用特 A 级绝缘，绝缘等级高。(6)冷却 冷却绝缘介质采用无色透明的合成油 -硅油，为二甲 基聚硅氧烷结构，不含任何添加物、悬浮物等有害物质，具 有较好的环保性能。 冷却介质的最高温度可达 135，大大提高了油浸变 压器的温升限值。 冷却系统中油冷却器采用铝制板翅式结构，质量轻、 体积小，空气阻力损耗 (400Pa)与油的阻力损耗 (26kPa) 低，

5、散热量大 (150kW) 。另外，整个冷却系统中没有蝶阀，对所 有外部组件的可靠性要求很高，维修率低。7.4.3ATM9 型牵引变压器主要技术参数及容量计算主要参数：(1)通用规格 环境温度 -2540 原边电压 标称接触网电压 25kV电压变动范围 17.5 31kV(2)性能 密封方式 单相、壳式、无压密封方式 冷却方式 油循环风冷方式(KDAF) 额定值 如表 7.3 所示 绝缘级别 如表 7.4 所示 绝缘类别 特殊 A 类绝缘(使用聚酰胺绝缘纸) 最高温升 如表 7.5 所示 绝缘油 硅油 辅助设备电源规格电动鼓风机 三相，50Hz，400V，风速 115m3/min 电动油泵 三相

6、， 50Hz ，400V ，油速 700L/min ，7m油柱表 7.3 牵引变压器额定参数绕组容量(kVA)电压(V)电流(A)频率(Hz)效率额定类别原边30602500012250大于 95连续额定牵引2570l5008572辅助490400l225(3)外形尺寸与质量外形尺寸(LWH) 2570mm2300mm835mm (4)总重 29lOkg(包括电动鼓风机)表 7.4 绝缘级别绕组感应耐电压工频耐电压原边线路侧42kV10min-原边接地侧-2.5kV牵引-5.4kV辅助-2.9kV全波：150kV雷击耐电压- -截断波 170kV表 7.5 最高温升测量部位绕组油标准环境温度测

7、量方法电阻法温度计法25温度上升极限125K80K工频温度上升极限115K75K容量计算：(1)计算条件牵引线圈负荷条件牵引(额定) 2570kVA再生制动(最大) -3988kVA辅助线圈负荷条件额定负荷 490kV A最大负荷 560kV A瞬时最大负荷(辅机启动、分相通过)： 1120kVA接触网电压条件 再生制动时31kV连续1929kV 10min17.5kV(2)计算结果计算结果见表 7.6 和表 7.7。表 7.6 电压变动计算结果接角网电压3lkv 再生制动时2919kv 连续电压变动499v467281V接触网电压17.5kVlOmin17.5kV 启动瞬时电压变压257v2

8、36V表 7.7 容量计算结果7.4.4ATM9 型变压器结构ATM9 型变压器采用单相壳式、无压密封方式，一个基本 动力单元配置 1 台，全列共计 2 台。其实物图如图 7.16 ，外 形图见图 7.17 。储油柜安装在牵引变压器中央部位，和主机 油箱通过连接孔输送绝缘油。波纹管采用圆形不锈钢焊接结 构，外侧存放油，内侧与大气相通。(1)铁芯ATM9 型牵引变压器采用壳式铁芯，其特点是铁轭不仅包 围线圈的顶面和底面，而且还包围线圈的侧面。硅钢片采用 低损耗硅钢片.降低了变压器的铁损。为防止产生悬浮电位造成对地放电，安装时铁芯及其他 所有金属构件都必须可靠接地。整个铁芯只允许一点接地。 如果有

9、两点或两点以上接地，则接地点之间可能形成闭合回 路。造成铁芯局部过热。(2)绕组绕组是牵引变压器的关键部件，为了保证变压器可靠运 行，变压器绕组必须具有足够的电气强度、耐热强度、机械 强度和良好的散热性能，使变压器既能在额定条件下长期使 用，又能经受住过渡过程(如短路、雷击、操作等)所产生的 过电压、过电流以及相应的电磁力作用，不致发生绝缘击穿、 过热、变形或损坏。为满足主电路要求，牵引变压器绕组设计主要采取措施 见表 7.8，其线圈排列如图 7.18 所示。ATM9 型牵引变压器原边高压绕组、牵引绕组采用铝制线 圈，辅助绕组辅助绕组采用铜制线圈。技术参数见表 7.9。表 7.9 牵引变压器线

10、圈主要技术参数项目总匝数材质原边高压绕组10001/2铝牵引绕组602铝辅助绕组16铜导线绝缘导体质量(kg)聚氨酸绝缘纸146 159。 61(3)绝缘和引线装置油浸式变压器的内部绝缘分为主绝缘和匝间绝缘两类， 主绝缘是指绕组 ( 或引线 ) 对地及对其他绕组 ( 或引线 )之间 的绝缘；匝间绝缘则指同一绕组不同部位之间的绝缘。绝缘 结构尺寸，特别是主绝缘尺寸将直接影响变压器的质量、外 形尺寸，以及阻抗电压、损耗等性能参数。图 7.19 为牵引变压器线圈接线图，其中 TRl，TR2 是牵引线圈，HVl，HV2 是原边线圈，AUX 是辅助线圈。 线圈阻抗电压见表 7.10。表 7.10 线圈阻

11、抗电压阻抗电压()短路绕组S1-S2S3-S4S1-S4a-b设计值21.421.1-实测值21.1621.8717.095.44牵引变压器原边线路侧套管选用一体型耐热环氧树脂 注塑成型套管，套管连接到相邻的高压设备箱内的断路器上。 牵引变压器采用特殊 A 级绝缘，线圈内部使用聚酰胺绝缘纸 板及 Nomex410 纸绝缘，冷却介质的最高温度可达 135，大 大提高了变压器的温升限值。(4)油箱油箱是油浸式牵引变压器的外壳，变压器的器身就放在 充满冷却油的油箱内，油箱必须满足以下要求： 在保证内部必要的绝缘距离条件下，尽可能减小体积， 节约用油； 具有必要的真空强度，以便在检修时能利用油箱进行

12、真空干燥； 油箱外部各种附件的布置便于安装和维护。变压器的器身放在充满冷却油的油箱中，油箱分为上油 箱和下油箱。下油箱安装变压器的器身，上油箱可以安装储 油柜及温度继电器。油箱上壁装有压力释放阀，以便迅速排 出油箱内过高的压力。另外，在箱壁还开有冷却系统的进出 口管道，油冷却器安装在箱壁上。油箱上装有油管，用于接 通油路。ATM9 型牵引变压器油箱为适形结构，紧包铁芯及线 圈，结构紧凑，尺寸及质量小。油箱壁上装有绕组出线用绝缘套管，另外还设有与车体 固定用安装座。(5)保护装置为了保证变压器能够正常工作，并在出现故障时防止变 压器事故的扩大， ATM9 型牵引变压器设置了以下保护装置：温度继电

13、器用于监测牵引变压器的油温，在油温超过设定值时输出 报警信号。油流继电器油流继电器用于监测牵引变压器运行中的油流量，油流 异常时，输出故障信号。金属波纹管式储油柜储油柜又称油枕，安装在箱盖的上方。牵引变压器储油 柜的油量满足变压器在高温持续运行时，油压不超过设定值。 ATM9 型牵引变压器的储油柜采用金属波纹管式储油柜，波纹管是由多个 ( 层数按规格 ) 薄钢板冲压成形的环经内外圆周 交互焊接而成，具有伸缩性的蛇腹状管结构。管的一端用钢 板密封，另一端设有通气孔，并焊接到储油柜缸体的钢板上。 缸体套在波纹管外周，两部件之间油密焊接。波纹管外侧和 缸体内侧之间存放绝缘油，此空间与牵引变压器油箱连

14、通。 波纹管内侧通过空气配管与大气连通。储油柜安装在牵引变压器上部，通过波纹管伸缩来吸收 绝缘油因温度变化引起的体积变化，使牵引变压器内部保持 大气压力。自复位型压力释放阀变压器运行时，可能因短路而产生过高的热量使冷却油 迅速气化，变压器内部压力升高。为防止变压器事故扩大， 造成油箱薄弱环节破裂和变形，安装了压力释放阀。压力释 放阀采用连杆和弹簧组成的自复位结构，当主机内部异常导 致压力过高时，自动卸压；当压力降低到安全值时，自动关 闭压力释放阀外罩，避免不必要的油损失。使用中应注意检 查压力释放阀有无动作痕迹、有无漏油现象发生。(6)冷却系统牵引变压器运行中产生的所有损耗将转变为热量，使各

15、部件的温度升高，当牵引变压器温升超过规定的限值，将加 速绝缘老化甚至损坏，直接影响牵引变压器的使用寿命。因 此，牵引变压器必须具有相应的散热能力。ATM9 型牵引变压器在保证内部散热能力良好的同时，其外部冷却采用了油循 环风冷却方式。冷却系统完成变压器的散热，冷却回路见图 7.20。牵引变压器冷却系统主要由油冷却器、电动油泵、电动 风机等部件组成。电动风机从车辆侧面吸入冷却风，经柔性 风道内的整风栅板送往油冷却器，热交换后的空气从进气风 道对面的排气风道排出，绝缘油在油冷却器冷却后被送往变 压器。油在流经绕组表面和铁芯侧面时吸收热量，吸收热量 后的油经电动送油泵再次送往油冷却器进行热交换。冷却

16、油 按以下所述不停地在变压器内部循环，如循环因油泵故障等 停止，则绕组将过热甚至烧损。为此，在循环回路的某部分 安装油流继电器，进行油流停止检测。使用时要注意检查金 属网过滤器和整风栅板的污物附着状态，及时清扫。油冷却器油冷却器选用整体铝制油冷却器，采用铝制波纹翅片。 虽然翅片间距和形状都采用了防堵塞处理，但堵塞不可避免， 这将导致冷却性能降低。为此，油冷却器的风道部侧面开设 清扫(检查)口，以便于堵塞时的检查和清扫。油冷却器规格 如表 7.11 所示。表 7.11 油冷却器的规格位置位置高温侧低温侧高温侧低温侧项目项目热交换量流体150kW硅油空气入口温度压力损失1053.Om 油柱2540

17、0Pa流量700L/min125m3/min电动油泵牵引变压器选用轴向空隙型电动油泵。油泵的泵和电动 机采用一体构造，任何一侧均能浸润硅油，因此轴承可直接 使用硅油润滑。电动油泵规格如表 7.12 所示，结构如图 7.21 所示。表 7.12 电动油泵的规格型号电机类型输出功率电压电流频率极数TS16-80-B4单相鼠笼式径向空隙型1.5kW400V5.5A50Hz4油泵类型排出量全扬程使用绝缘油漩涡型700L/min7m 油柱硅油电动风机牵引变压器的电动风机采用单相鼠笼形感应电动机和 风机直连构造，安装在牵引变压器的油冷却器的旁边，通过 防振橡胶衬垫吊在车体下部。风机为两段轴流型。使用时注

18、意油泵、风机回转时有无异常声音、异常振动。存在异常声音时，使用声波探测器等确认声源。电动风机的规格如表 7.13 所示，结构如图 7.22 所示。表 7.13 电动风机的规格电机型号相数极数电压输出功率频率SE-J3 相3 P400V3.4kW50Hz风机型号风量静压FPD56-01125m3/min784Pa7.4.5 试验牵引变压器在制造过程中需要进行试验，试验项目及试 验类别如表 7.14 所示，具体试验内容见表 7.15 。表 7.14 各种试验项目和试验类别序号1234试验项目外观检查极性试验绕组电阻测量电压比测量型式试验交货试验特殊试验空载电流及空载损耗测5 量67短路阻抗和空载损

19、耗测量温升实验 8正规冷却特性试验9l01112绝缘电阻测量感应正接测量工频耐压试验感应耐压试验1314雷电冲击试验油密试验 1516噪声测量质量测量 注：表示应实行的项目。表 7.15 试验内容序号试验项目试验方法判定标准12外观检查极性试验对照图纸，目视检查有无确认外观、结构有无异常。确认主要尺异常。尺寸应在规定的公寸差范围以内(见图 7.17)使用感应法(反冲法)或加减法 (矢量法)测 应 为 减 极 性 ( 参 见定JISE5007)3绕 组 电 阻 测绕组上通直流电流，测量端子间的电压仅作记录 ( 应与设计值核量下降值。电阻值换算为基准温度 1150 对)在原边绕组上加电压，用电压计

20、测量其 应 在 指 定 变 压 比 0.5 4电压比测量他绕组的感应电压在牵引绕组上施加额定频率为 50Hz 的空 载 电 流 和 电压，其他绕组为开路，在原边绕组上(JISE5007)仅作记录 ( 应与设计值核5空 载 损 耗 测 激发 17.5,20l， 22.5,25,27.5，30,31kV对)量的试验电压，测量励磁电流以及空载损耗使一侧的绕组短路，在另一侧的绕组上原边对牵引每一绕组之间短 路 阻 抗 和 通额定频率为 50Hz 的额定电流，测量阻的电抗应在如下范围内：6负 载 损 耗 测 抗电压以及负载损耗，再换算为基准温规 格 值L195 (1 量度为 150下的值，而且通过全部绕

21、组lO)mH间的测量值算出电抗矩阵牵 引 绕 组 短 路 、 原 边 绕 组 通 以 工 频 针对工频 (50Hz)的温升标(50Hz)交流电，用温度计法测量油温。 准值应低于如下数值：7温升试验此外，在各绕组上通额定电流，由电阻 油 715K法测量绕组的温度在全损耗供给下，温度上升达到饱和之后，冷却装置在其绕组 115K正 规 冷 却 特8当时的状态下除去相当于主电路负载的 仅作记录性试验负载，在各部分的温度与周围温度差降到 20K 以下之前测量冷却特性91011绝 缘 电 阻 测 通过 1000V 兆欧表测量全绕组间以及与量地之间的绝缘电阻，并测量当时的油温感 应 正 接 测使用自动西林电

22、桥进行测量量对每个绕组施加如下所示工频试验电压：原边其他绕组与大地之间工 频 耐 压 试 2.5kV1min验牵引其他绕组与大地之间5.4kV1min辅助其他绕组与大地之间2.9kV1min仅作记录不可有异常(J1SE5007)12感 应 耐 压 试 在原边线路一侧端子上感应 42kV 电压。不可有异常(J1SE5007)验试验时间10min120/试验频率对原边线路一侧的端子按照下述数据施加(1.250)S低 减 波 与 全 波 之 间 的 电雷 电 冲 击 试 的电压。13压 、 电 流 波 形 应 相 似验低减波 150kVO.7(JISE5007)截断波 170kV全波 150kV在 常 温 下 连 续24h施 加14油密试验不可有油泄漏49kPa(O.5kgf/cm2)均匀压力15噪声测量根据 JEC2200 中规定的方法测量噪声 仅作记录16质量测量测量牵引变压器的完成质量应与设计值核对