CRH2型动车组牵引变压器

CRH2型动组牵变7.4.1牵引变器的结构及原牵引变压器是动车组的重要部件，用来把接触网上取得的25kV高压电变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是铁芯和绕组，它们构成了变压器的本体。变压器的芯既是磁路，又是套装绕组的骨架。按照铁芯的结构，变器可分为芯式和壳式两种。芯式结构的绕组装配和绝缘比容易，所以电力变压器常常采用芯式结构。壳式变压器的械强度较好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯压器。绕组是变压器的电路分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。其中输入能的绕组称为原边绕组，输出电能的绕组称为牵引绕组，们通常套装在同一芯柱上。原边、牵引绕组具有同的匝数，通过电磁感应作用，原边绕组的电能可传到牵引绕组，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，电流分与绕组匝数成反比。7.4.2牵引变器的特点CRH型动车组采用ATM9型牵引变压器工作原理与普2通电力变压器相同。由于动车组变压器工作条件的特殊性，又具有如下特点：具有坚固的机械结构耐机械振动和冲击。采用特制30ZHl05E损耗硅钢片，降低了变压器的铁损。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凑，减小了变压器的尺寸及质量；原边、牵引线圈采用质线圈；电磁线电密大，用量；取消了牵引绕组滤波抗器。(4)牵引绕组各牵引绕组的电抗相，以保证牵引绕组侧并联的PWM整流器的负荷平；牵引绕组侧各绕组的抗比较高，从而达到抑制牵引绕组电流纹波、控制关器件的关断电流以及抑制侧谐波电流的要求；牵引绕组侧励磁电抗尽量小；牵引绕组侧各绕组之采用去耦结构，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侧谐波电流的抑制；牵引绕组为两个独立组，每个绕组与一台牵引变流器连接，确保牵引绕的高电抗和疏耦合性，两牵引绕组与各自的高压线圈耦合相互影响很小，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线圈。(5)绝缘性能接触网电压变动范围，受大气过电压和操作过电压等的影响，要求其具有大的工作范围及较好的绝缘性能。该变压器采用特A绝，绝缘等级高。(6)冷却冷却绝缘介质采用无透明的合成油-油，为二甲基聚硅氧烷结构，不任何添加物、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用铝制板翅式结构，质量轻、体积小，空气阻力损(400Pa)与油的阻力损耗(26kPa)低，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求很高，维修率低。7.4.3ATM9牵引变压器主要术参数及容计算主要参数：(1)通用规格环境温度-25～＋原边电压标称接触电压电压变动范围17.5～(2)性能密封方式单相、壳、无压密封方式冷却方式油循环风方式(KDAF)额定值表所绝缘级别如表示绝缘类别特殊A类缘用聚酰胺绝缘纸⑥最高温升如表所示绝缘油油辅助设备电源规格电动鼓风机三相，50Hz，400V风速115m/min⑨电动油泵三相，，，油速，7m油柱表7.3牵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％连续额定

牵引2570l500857×

辅助490400l225(3)外形尺寸与质量外形尺寸(L×W×H)2570mm×2300mm835mm(4)总重29lOkg(包电动鼓风机表7.4绝级别绕组感应耐电压工频耐电压

原边线路侧42kV×10min-

原边接地侧-2.5kV

牵引-5.4kV

辅助-2.9kV全波：雷击耐电压

--截断波170kV表7.5最温升测量部位绕组油标准环境温度

测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①牵引线圈负荷条件牵引(额定2570kV·再生制动(最大-3988kV·A②辅助线圈负荷条件额定负荷490kV·最大负荷560kV·瞬时最大负荷辅机启、分相通过)：1120kV·A③接触网电压条件再生动时31kV

连续19～29kV10min17.5kV(2)计算结果计算结果见表和表7.6电变动计算结果接角网电压3lkv再制动时29～19kv连

电压变动499v467～

接触网电压17.5kVlOmin17.5kV启瞬时

电压变压257v236V表7.7容计算结果7.4.4ATM9变压器结构ATM9型变压器采用单壳式无压密封方式一个基本动力单元配置1，列共计2。其实物图如图7.16，外形图见图7.17储油安装在牵引变压器中央部位和主机油箱通过连接孔输送缘油。波纹管采用圆形不锈钢焊接结构，外侧存放油，内与大气相通。(1)芯ATM9型牵引变压器采壳式铁芯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低变压器的铁损。为防止产生悬浮电位成对地放电，安装时铁芯及其他所有金属构件都必须靠接地。整个铁芯只允许一点接地。如果有两点或两点以接地，则接地点之间可能形成闭合回路。造成铁芯局部过。(2)绕组绕组是牵引变压器的键部件，为了保证变压器可靠运行，变压器绕组必须有足够的电气强度、耐热强度、机械强度和良好的散热性，使变压器既能在额定条件下长期使用，又能经受住过渡程如短路雷击、操作等)产生的过电压电流以及应的电磁力作用致发生绝缘击穿、过热、变形或损坏。为满足主电路要求，引变压器绕组设计主要采取措施见表，其线圈排如图7.18示。ATM9型牵引变压器原高压绕组引绕组采用铝制线圈，辅助绕组辅助绕采用铜制线圈。技术参数见表。表7.9牵变压器线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60×2铝

辅助绕组16铜导线绝缘导体质量kg)

聚氨酸绝缘纸146159。61(3)绝缘和引线装置油浸式变压器的内部缘分为主绝缘和匝间绝缘两类，主绝缘是指绕组(或线)对及对其他绕组(或引线)间的绝缘；匝间绝缘则同一绕组不同部位之间的绝缘。绝缘结构尺寸，特别是主缘尺寸将直接影响变压器的质量、外形尺寸，以及阻抗电、损耗等性能参数。图为牵引变压线圈接线图，其中TRl，TR2是牵引线圈HVl，HV2是边线圈，是辅助线圈。线圈阻抗电压见表7.10。表7.10线阻抗电压阻抗电压％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套管选用一体型耐热环氧树脂注塑成型套管，套管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纸冷却介质的最高温度可达135大大提高了变压器的温限值。(4)油箱油箱是油浸式牵引变器的外壳，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真空干燥；油箱外部各种附件的置便于安装和维护。变压器的器身放在充冷却油的油箱中，油箱分为上油箱和下油箱。下油箱装变压器的器身，上油箱可以安装储油柜及温度继电器。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，油冷却器安在箱壁上。油箱上装有油管，用于接通油路ATM9型牵引压器油箱为适形结构紧包铁芯及线圈，结构紧凑，尺寸质量小。油箱壁上装有绕组出用绝缘套管，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：①温度继电器用于监测牵引变压器油温，在油温超过设定值时输出报警信号。②油流继电器油流继电器用于监测引变压器运行中的油流量，油流异常时，输出故障信。③金属波纹管式储油储油柜又称油枕，安在箱盖的上方。牵引变压器储油柜的油量满足变压器高温持续运行时，油压不超过设定值。ATM9型牵引变压器的油柜采用金属波纹管式储油柜纹管是由多个层数按格)薄钢板冲压成形的环经内外圆周交互焊接而成，具有缩性的蛇腹状管结构。管的一端用钢板密封一端设有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油，此空间与牵引变压器油箱连通。波纹管内侧通过空气管与大气连通。储油柜安装在牵引变器上部，通过波纹管伸缩来吸收绝缘油因温度变化引的体积变化，使牵引变压器内部保持大气压力。④自复位型压力释放变压器运行时，可能短路而产生过高的热量使冷却油迅速气化，变压器内压力升高。为防止变压器事故扩大，造成油箱薄弱环节破和变形，安装了压力释放阀。压力释放阀采用连杆和弹簧成的自复位结构，当主机内部异常导致压力过高时，自动压；当压力降低到安全值时，自动关闭压力释放阀外罩，免不必要的油损失。使用中应注意检查压力释放阀有无动痕迹、有无漏油现象发生。(6)冷却系统牵引变压器运行中产的所有损耗将转变为热量，使各部件的温度升高，当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。因此引变压器必须有相应的散热能力ATM9型牵引变压器在保证内部散热能良好的同时，其外部冷却采用了油循环风冷却方式。冷却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要由油冷却器、电动油泵、电动风机等部件组成。电风机从车辆侧面吸入冷却风，经柔性风道内的整风栅板送油冷却器，热交换后的空气从进气风道对面的排气风道排，绝缘油在油冷却器冷却后被送往变压器。油在流经绕组面和铁芯侧面时吸收热量，吸收热量后的油经电动送油泵次送往油冷却器进行热交换。冷却油按以下所述不停地在压器内部循环，如循环因油泵故障等停止，则绕组将过热至烧损。为此，在循环回路的某部分安装油流继电器，进油流停止检测。使用时要注意检查金属网过滤器和整风栅的污物附着状态，及时清扫。①油冷却器油冷却器选用整体铝油冷却器，采用铝制波纹翅片。虽然翅片间距和形状采用了防堵塞处理，但堵塞不可避免，这将导致冷却性能降。为此，油冷却器的风道部侧面开设清(检查口，以便堵塞时的检查和清扫。油冷却器规格如表7.11所示。表7.11油却的规格位置

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

105℃油

25℃400Pa流量

700L/min

125m②电动油泵牵引变压器选用轴向隙型电动油泵。油泵的泵和电动机采用一体构造，任一侧均能浸润硅油，因此轴承可直接使用硅油润滑动泵规格如表7.12示构如图7.21所示。表7.12电油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柱硅油③电动风机牵引变压器的电动风采用单相鼠笼形感应电动机和风机直连构造，安装牵引变压器的油冷却器的旁边，通过防振橡胶衬垫吊在车下部。风机为两段轴流型。使用时注意油泵、风机回转时无异常声音、异常振动。存在异常声音时，使用声波探测等确认声源。电动风机的规格如表7.13所示，结构如图所示。表7.13电风的规格电机型号相数极数电压输出功率频率

SE-J相P400V3.4kW50Hz

风机型号风量静压

FPD56-01125m784Pa7.4.5试验牵引变压器在制造过中需要进行试验，试验项目及试验类别如表7.14所，具体试验内容见表。表7.14各试验项目和试验类别序号

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

短路阻抗和空载损耗测量温升实验

○○○8

正规冷却特性试验

○9l0

绝缘电阻测量感应正接测量工频耐压试验感应耐压试验

○○○○

○○○○

雷电冲击试验油密试验

○○○

噪声测量质量测量○

○注：○表示应实行的项目。表7.15试内容序号

试验项目

试验方法

判定标准

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)使用感应法反法或加减法(矢量法测应为减极性(参见定JISE5007)3

绕电阻测组上通直流电流，测量端子间的电压仅作记录(应设计值核量

下降值。电阻值换算为基准温1150℃)在原边绕组上加电压，用电压计测量其应在指变压比±％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的空电流和电，其他组为开路，在原边绕组上

(JISE5007)仅作记录(应设计值核5

空损耗测激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阻抗和通定频率50Hz的定电流阻的电抗应在如下范围内：6

负损耗测抗压以及载损耗，再换算为基准温规格值

L195×(1±量

度为150℃的值，而且通过全部绕组lO％间的测量值算出电抗矩阵牵引绕组路、原绕组以工