主变压器及平波电抗器知识概述

第八章主变压器及平波电抗器-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沟通25KV高压电降为机车各电路所需的电压。型式上均有自身的特点。电流脉动系数，以改善脉流牵引电动机的换向条件。SS系列电力机车实际，介绍典型主变压器的主要技术数据和构造特点，扼要说明平波电抗器的构造特点。第一节 概述一、主变压器的特点主变压器与电力机车其他部件相比较，其特点大致可归纳为：绕组多就给绕组的绕制和装配带来肯定的难度。电压波动范围大我国干线电气化铁道接触网的额定电压为〔25

619-29KV的裕量，磁路的磁通密度不能过高，以满足高网压下正常工作的要求。负载变化大器应能承受较大的负载变化，并具有肯定的过载力量，以保证机车牢靠运行。耐振动器各部件应具有足够的机械强度，全部连接紧固件应有防松装置。对阻抗电压要求高能太小，以满足机车对调压整流电路和短路保护的要求。重量轻，体积小，用铜多比，应具有较轻的重量和较小的体积。这就要求主变压器在设计上承受钢导线、措施，来减轻重量和缩小体积。由于变压器绕组多、容量大、故用钢量特别多。1：41：2，1：1。用钢量多不但使主变压器造价高，而且还使冷却困难，冷却器浩大，这不利于变压器的轻量化。二、主变压器的型号SSTBQ”“一”后为“容量k/电压等级kSS4改型电力机车主变压器的型号为：TBQ8－4923/25型，即表示其容量为4923kV·A；电压为25kV。其次节主变压器的根本构造主变压器由器身、油箱、保护装置、冷却系统和出线装置等部件组成。图TBQ84923/25型主变压器构造图。一、器身器身由铁心、绕组〔线圈、器身绝缘和引线装置等组成。铁心骨架。因此，要求铁心必需具有良好的导磁性能和足够的机械稳定性。〔线圈的局部满意柱；耗，心柱和铁轭均承受高磁导率的冷轧电工钢片叠装而成。图8-1 TBQ8型主变压器总图〔单位：mm〕1-100蝶阀；2-波浪管；3-油流继电器；4-B5/300套管；5-信号温度计；6-油样活门；7-下油箱；8-出线装置；9-吸湿器；10-上油箱；11-油位表；12-储油柜；13-主变压器铭牌；15-滤波电抗器铭牌；16-潜油泵；17-通风机；18-冷却柜；19-压力释放阀；20-50活门。筒形的高、低压绕组同心地套装在心柱上，使绕组包围心柱[见图7-2(a)]。为充TBQ系列主变压器大多承受单相二柱式心式叠铁心，如8-2所示。图8-2 TBQ8型主变压器的单相二柱式心式叠铁心〔单位：mm〕心包围绕组，[见图7-2(b)]。这种构造具有机械强度高，能承受适形油箱、阻抗电压易满足各种需求等优点。但其制造简单，铁心用材较多，故实际应用较少。目前在我国运用的干线电力机车中，只有从法国引进的6G型电力机车及国产SS7型电力机车的主变压器承受壳式铁心。磁通转向时垂直于轧制方向，冷轧电工钢片接缝宜承受45°斜接缝。但由于斜TBQ系列主变压器的铁心均承受半直半斜接缝。即电工钢片的4个接缝中，有二个是直接缝，有二个是斜接缝。这可显著减小空载损耗和空载电流。在铁心叠装过程中，叠片应按图8-2中Ⅰ、Ⅱ两种0.35mm厚电工钢片，承受每三片为一叠。纸板做成的夹件绝缘。夹件绝缘还可形成油道，以冷却铁轭。为了防止变压器运行或试验时由于静电感应作用在铁心或其他金属构件上〔除穿心螺杆外〕都必需牢靠地。TBQ系列主变压铁心的接地点设在高压侧上夹件处，上铁轭与上夹件之间用导电片相连接，然后通过油箱盖或拉板等经油箱接地。循环电流，造成铁心局部过热、邻近的绝缘件碳化、变压器油被分解等故障．这是不允许的。绕组必需具有足够的电气强度、耐热强度、机械强度和良好的散热条件，使变压器既〔〕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。布置在两个〔圆铜线和绝缘件组成，绕组的构造形式〔7-器和特种变压器〔如电焊、电炉变压器〕中。式。主变压器中常用的同心式绕组有以下几种形式。①圆筒式绕组或几根扁导线或圆导线绕制而成，同层线匝相互紧靠，沿绕组轴向排列，如图3种。单层和双层绕组一般用作筒式绕组绕制便利，但端部支撑的稳定性较差。图8-3 同心式绕组〔〕〔b〕〔c〕连续式。

绝缘端圈；2-绝缘纸筒；3-绝缘撑条；4-绝缘垫块.成径向油道，固定在绝缘纸筒上的撑条间构成轴向油道，如图8-3(b)所示。螺旋的低压绕组。图8-4 并联导线的换位示意图并绕导线的换位方法有标准换位。特别换位及均匀穿插换位等几种，如图8-4所示。所谓“标准换位”就是通过换位把并绕导线的位置完全对称互换，如8-5(a〔或四组，把两组〔8-5(b)(d)所示，“均匀穿插换位”通常用于双螺旋式绕组，它在并列的两列螺旋绕组之间进展，将其次列螺旋的最下面一根导线移至第一列螺旋的最下面〔上、下换位成穿插状，如图8-5(e所示。这种换位方法的换位数等于两列螺旋并绕导线总数，换换位。图8-5 并绕导线的换位标准换位；(b)2组特别换位；(c)2组标准换位；(d)4组特别换位；(e)均匀穿插换位。③连续式绕组〔一般不超过4根并联扁导线先沿绕组径向串联绕制数匝，构成一个线段〔又称线饼，然后承受特别的“翻线法”使绕制连所示，相邻线段之间用绝缘垫块隔开，形成径向油道，撑条之间形成轴压或中压绕组。④双饼式绕组种变压器及壳式变压器的绕组。潮。绕组的绕向8-6〔a〕所示。图8-6 绕组的绕向〔〕〔b〕右绕向8-6〔b〕所示。也是错误的，不是电压输出不正确，就是绕组因短路而烧损。绕组的排列8-7TBQ8－4923/25型主变压器的绕组布置和绝缘构造示意图。3、器身绝缘和引线装置〔或引〔或引线〕之间的绝缘；纵绝缘则指同一绕组不同部位之寸，以及阻抗电压、损耗等性能数据。TBQ系列主变压器的绕组与心柱、不同绕组之间的隔板为4~5mm厚的酚醛纸筒，绕组均匀绕在酚醛〔油隙。绕器身装配时，必需保证套装时3个绕组必需同心，高度全都，垫块要上下对齐，保证油路通畅。并且，套装最外层低压绕组前，必需先放好隔板组，让外层绕组压以利绕组和铁心的散热。成后，应进展真空枯燥处理。器身进油箱前要用干净的变压器油冲洗干净。引线均通过引线支架固定在器身上。图8-7 型主变压器的绕组布置和绝缘构造1-压板；2-上铁轭绝缘；3-DY2；4-GY1；5-DY3DY5；二、油箱

DY4；7-下铁轭垫块；8-隔板组；9-下铁轭垫块。油箱是油浸式主变压器的外壳，变压器的器身就放在布满变压器油的油箱内。对油箱的根本要求是：在保证内部必要的绝缘距离条件下，尽可能减小体积，以节约用油；应具有必要的真空强度，以便在检修时能利用油箱进展真空枯燥；油箱外部各种附件的布置应便于安装和维护。电抗器。两腔之间设置一块铝板，用以隔磁。下油箱由钢板焊接而成。在油箱壁上焊有吊攀，用以起吊整台变压器，油箱壁上焊有安装板，安装板上有安装孔，油路。在油箱壁的下部装有50活门和一个油样活门，50活门用于注油、滤油和线装置用的，下部的方孔是作为手孔用的，用于平波电抗器的底部安装。3000A左右。由于大电流穿过箱盖时，在套管安装孔四周会产生很强的装孔四周必需实行隔磁措施。TBQ系列主变压器的箱盖上套管孔旁边均开槽，并嵌焊不锈钢板1Cr18Ni19，如图8-8所示，这种不锈钢是低导磁材料，可使箱盖上的交变磁通显著削减，避开消灭局部过热。图8-8 套管安装处隔磁方式1-箱盖板；2-1Cr18Ni19；3-1Cr18Ni19。三、保护装置中只要含少量水分和杂质就会使绝缘强度大为降低〔0.004%水分时，绝缘强50。此外，变压器油在较高温度下长期与空气中的氧接触时会渐渐这对变压器的安全运行是格外不利的。为了减缓变压器油受潮或老化的程度，使油能较长期地保持良好状态，在TQ系列主变压器上特地设置了以下几种保护装置：1．储油柜〔油枕〕(+40℃)并在变压器持续运行时，油不溢出储油柜；在低温〔-25℃〕且变压器不工作时，储油柜中应有油。油位表油位。油位表旁标有环境温度，分别为+40℃、+20℃、-30℃时，且变压器为工作时储油柜内变压器油应具有的油位刻度。吸湿器TBQ1.5kg用氯化钴浸渍过的变色硅胶作为吸湿剂，其下部罩内有变压器油作空气杂质过滤潮气后呈粉红色。当玻璃管内有2/3的硅胶呈粉红色时，硅胶就应进展枯燥处理或更换。为了保证变压器油的质量，除设置上述油保护装置外，还必需留意：不同产温度值命名的，变压器油分10#、25#、45#，它们的凝固点分别为-10℃、-25℃、-45℃。不同牌号的变压器油混用后，对油的粘度、闪点、凝固点等都有肯定影信号温度计信号温度计用来测量和监视主变压器上层油温。TBQ系列主变压器上均装〔温包指针及接触系统构成的一个密封系统，如图8-9所示。图8-9 WTZ-288型信号温度计1-测温筒；2-毛细管；3-刻度盘；4-支架；5-拉杆；6-扇形齿轮；7-小齿轮；8-游丝；9-弹簧管。在密闭系统中充以氯甲烷或丙酮乙醚液体。测温筒安装在箱盖上的度计座带动指针偏转，指示出上层油温数值。置时，接点接通电路、发出警告信号。油流继电器油流继电器用来监视变压器油循环状态是否正常。图8-10所示为YJ-100-A55°，显示正常。图8-10 YJ-100-A型油流继电器原理示意图 图8-11 YSF-70/25J型压力释放阀1-动板；2-油联管；3-密封环；4、5-磁钢； 1-防雨帽；2-调压螺母；3-上罩；4-内、外弹簧；5-标志杆；6-电气局部；7-指针；8-壁。 6-阀盖；7-上封环；8-侧封环；9-阀座；10-下封环。压力释放阀70kP2ms8-11YSF-70/25J型压力释放阀。四、冷却系统〔20～30年。因此，主变压器必需具有相应的散热力量。图8-12 冷却系统示意图1-主变压器器身；2-下油箱；3-上油箱；4-滤波电抗器；5-储油柜；6-潜油泵；7-100蝶阀；8-油流继电器；9-通风机；10-冷却柜；11-平波电抗器。TBQ系列主变压器在保证内部散热力量良好的同时，其外部冷却承受了强迫导向油循环风冷式冷却系统，该系统分油路和风路两局部，图 8-12所示为TBQ8－4923/25型主变压器冷却系统示意图冷却系统的油路为热油从油箱上抽出进人潜油泵的进油口，经冷却器冷却后，打人油箱底部。冷油先冷器的铁心、绕组，然后冷却平波电抗器的绕组、铁心。此后冷油进人上油箱，再冷却4台滤波电抗器后进人潜油泵的进油口，反复循环。波浪管。五、出线装置带电的导线与接地的油箱绝缘。TBQ系列主变压器的出线装置多数承受复合瓷绝缘套管，常用的绝缘套管〔k；分母表示额定电流〔单位：。图8-13 绝缘瓷套管(b)BF-1/300BF-1/600型套管；(c)BF-1/800型套管；(d)BF-6/2023BF-6/300型套管。1-接线头；2-圆螺母；3-衬垫；4-磁盖；5-封环；6-上磁套；7-密封垫圈；8-纸垫圈；9-下磁套；10-导电杆；11-纸垫圈；12-磁套；13-衬垫；14-压钉；15-电缆；16-放气塞。绝缘套管的构造取决于电压等级和额定电流的大小。TBQ系列主变压器的25kV级的穿缆式套管。该套管装在箱8-13(b)6kV级绝缘套管；其余的绕组端子则承受图8-13(b)、(c)所示的1kV级绝缘套管。第三节典型主变压器的构造特点TBQ系列主变压器为国产SS布置及连接方式会有较大的差异。一、TBQ8—4923/25型主变压器型〕SS4改型电力机车上8-18-1。TBQ8型主变压器各主要部件的构造特点如下：1．铁心铁心为单相二柱式叠铁心〔见图8-，承受0-0.35mm厚DQ151-35晶粒8-27道，为使接缝处平坦，降低铁心噪音，在心柱最外级有46mm厚的环氧玻璃布板做成的撑条；上、下铁轭承受夹件夹紧。绕组TBQ8型主变压器的绕组有：高压绕组、牵引绕组、关心绕组和励磁绕组等48-14所示。图8-14 TBQ8—4923/25主变压器电气原理图〔靠近高压绕组Ａ端的称为AX柱〕上的两个连续式绕组并联而成。高压绕组总匝数为1438匝，其中A柱绕25kV。由于SS4二1/21/2DY4DY2GY1牵DY2的匝数为20+20=40〔有中间抽头DY3的匝数也等于40匝〔无中间抽头，DY2的电压为347.7+347.7＝695.4，DY3的电压也等695.4V。主变压器有DY2，它们分别布置在二个心柱〔A柱，X柱〕上，相互在1/2处分别进展1/43/4处分别进展特别换位。位于最外侧的牵引绕组DY3绕成单螺旋。主变压器有两个牵弓绕绕组DY3被励磁绕组隔开成上、下两局部，每局部皆进展一次标准换位和二次特别换位。AXGY1DY2及一个牵引绕组DY3。在电气上，除高压绕组是并联外，其他牵引绕组皆不并可用于轴重电气补偿。例如，当机车牵引时，需后轴加载〔加电流〕时，变压器仍能正常工作。这种构造，变压器行业称之为径向分裂，这样的变压器也可被称为分裂变压器。根导线并绕成单层圆筒式。主变压器有两2313匝处有399.86V226V。DY5，4根导线并绕而成。油箱TBQ8型主变压器的油箱见图8-910mm厚钢板制成，上面焊有48mm6mm器安装座、50活门、油样活门及接地螺栓等附件；箱壁两侧焊有两块14mm厚的安装板，安装板上共有16M24的螺栓把变压器固定在车体上。箱壁上开有多处用于安装出线装置和作为手孔的长方形孔。473个M16螺栓紧固，以1WTZ－288型信号温度计。冷却系统TBQ8型主变压器承受独立的强迫导向油循环风冷却系统〔8-1STD-1型铝冷却器，为全铝合金板翅式构造，经硬钎焊的冷却器心700kPa的压力。保护装置主变压器油箱内布满国产25＃变压器油。为了防止变压器油快速老化和受潮，特地设置了储油柜、吸湿器、净油器等保护装置。出线装置〔套管〕TBQ8型主变压器的出线装置承受两种套管：A-B5/300型一个；X-BF-1/300，一个。以上两种套管，是以电瓷件为绝缘件的。此外，TBQ8型主联、三联、四联、五联等。二、TBQ9-5816/25型主变压器TBQ9-5816/25型〔TBQ9型〕SS8型电力机车上的主变压器。该主变压器是一体化变压器，除主变压器外，还有平波电抗器，它们装TBQ9〔径向分裂8-15所示。图8-15 TBQ9-5816/25型主变压器接线原理图TBQ9型主变压器由下油箱、上油箱、器身、油保护装置、冷却系统及其他油位表、吸湿器、信号温度计、油流继电器、压力释放阀等组成。的上方。高压绕组的高压端子〔A〕及采暖绕组的4个端子(ａ7，x7，a8，x8)冷却柜等。铁心主变压器的铁心为心式构造。承受性能优良的冷轧电工钢片，牌号为DQI51-3511级阶梯状断面，铁扼承受“T”形断面〔可缩小高度。铁心用夹件夹紧，夹件与电工钢片之间有夹件油道，以作绝缘和冷却油流〔已被冷却〕通过油管进人下夹件集合，然后流向绕组。绕组TBQ9型主变压器有高压绕组、牵引绕组、关心绕组、励磁绕组和采暖绕组等5SS81/21/2。前者位于高压绕组的左侧，后者位于高8-16所示。图8-16 BQ9型主变压器绕组排列图1-高压绕组；2-牵引绕组〔大桥用；3-牵引绕组〔小桥用；4-关心绕组；5-励磁绕组；6-采暖绕组。4、采暖绕6。高压绕组GY1绕成连续式。主变压器有2个高压绕组，分别布置在A柱和X柱上，2个高压绕组并联。高压绕组由单根导线绕成，匝数为1092，额定电压25kV。DY2〔大桥用〕6根导线叠绕。两列螺旋并联，共30686.8V。每列螺旋的换位均承受一次标准换位，两次特别DY2XA柱上，两者之间在电气上是不联接的。DY〔小桥用30686.8A柱上，两者之间在电气上是不联接的。17匝，电压为387V，在10229V。采暖绕组DY6绕在牵引绕组DY3的上部、中部和下部，亦为饼式绕组。匝A柱上。这两个采暖绕组之间在电气上是不联接的。〔A柱无4匝，电88.9V。油箱TBQ9TBQ812mm18M24的螺栓和橡胶垫把50活门和油样活门。油箱壁的上部6mm。〔A〕及采暖绕组端子(a7，油箱上。油保护装置WTZ-288型信号温度计、YJ-100-A型油流继电器、YSF-70/25JTBQ8型一样。冷却系统TBQ98-17所示。油路热油由油箱顶部〔平波电抗器上方〕被抽出，进人潜油泵7的进油口。经潜油泵加压后，通过油流继电器8进人冷却柜9，热油在冷却柜内被吹风冷却；从1，最终油流回到油箱的顶部，如此循环。图8-17 TBQ9型主变压器的冷却系统示意图1- 平波电抗器；2-下油箱；3-主变压器器身；4-屏幕板；5-油道隔板；2- 6-蝶阀；7-潜油泵；8-油流继电器；9-冷却柜；10-过渡风道；11-通风机。风路则被加热，向下排向大气。型铝冷却器相比，SS8型电力机车用STD-2型铝冷却器在外形尺寸、安装尺寸、接口尺寸上皆一样，性能根本一STD-2型实际油阻低〔STD-11/3安装是可以互换的，但油管及油管支架不同。套管〔出线装置〕TBQ9型主变压器承受3种套管：AB5/300，1个，用于高压绕组高压端子；XBF-1/300，1个，用于高压绕组低压〔接地〕端子；XBF-3/300，4个，TBQ9型主变压器还承受多种以胶木板为绝缘件的二联、三联、四联、五联等出线装置。第五节平波电抗器一、概述Ki可用下式近似求出：Ki0.33

Udo

〔8-1〕 LdIddo——空载时的整流电压，Udo=0.9Uz；——角频率，2f；L——牵引电动机回路的总电感量〔主要是平波电抗器的电感量Id——流过平波电抗器的平均电流。图8-18 平波电抗器的电感电流特性负载范围内尽量保持不变。实际上过分压低电流脉动系数并不行取，由于Ｋi值般要求电流脉动系数Ki值在25%～30%范围内；额定于况下，Ki约为28%。由式(8-1)感一电流特性曲线在工作范围内为一条双曲线，如图8-18所示。即平波电抗器LId的大小成反比。但实际的平波Ki值在肯定范围内变30%。二、平波电抗器的构造TXPSS系列电力机车配套的平波电抗器。SS4改型电力机车上承受TXP7型平波电抗器，SS8型电力机车上承受TXP8型平波电SS4SS84组电4台牵引电动机电路中。图8-19 TXP7型平波电抗器1-铁心组；2-引线；3-绕组；4-油道隔板组；5-压钉螺栓；6-挡油圈；7-垫脚绝缘。TXP7型平波电抗器的构造TXP74局部组成，8-19所示。TXP7型平波电抗器为带气隙的铁心式平波电抗器，有气隙是为了有效地改IEC标准上，称平波电抗器的电感为脉流电感，也可称为摇摆电感。铁心组装铁心构成平波电抗器的磁路，铁心组装状况如图8-20所示。地片等。铁心承受0.5mmDW470-500.96。图8-20 平波电抗器铁心组装1-铁心；2-散热器侧上夹件；3-变压器侧上夹件；4-散热器侧下夹件；5-变压器侧下夹件；6-上压梁；7-下压梁；8-拉螺杆；9-气隙垫块；10-穿心螺杆。〔由于受尺寸和重量限制，磁通密度取得很高，假设承受晶粒取向冷轧电工钢片，会造成电感30%不大的脉流电感。干段铁心饼。材料为环氧玻璃布板。而过，后者称绕行磁通，如图8-21所示。气隙越大，绕行磁通越多，绕行磁通隙相对减小，绕行磁通相应削减，产生的涡流损耗及噪音就显著削减。图8-21 通过气隙的磁通绕组高度以内，至少低于绕组两个端面10mm。这样可以削减散磁通，使电感计算较为准确。在构造设计、施工生产、故障检修时，要留意防止平波电抗器的铁心短路。4M22TXP7型平波电抗器上，在铁心窗口中间增设了两根M30的不锈钢拉螺杆。所选不锈钢均为非导磁不锈钢，这样可避开由于拉螺杆所造成的磁短路问题。避开铁心的短路故障。化烧损，最终导致铁心短路。接地，接地片的设置就是为了确保铁心一点接地的。3TXP7型平波电抗器为降低铁心装配后的总高度，上、下铁轭开了原铁心的60mm。绕组平波电抗器的每个铁心柱上套有一个绕组。每个绕组由4一台牵引电动机串联。C4Y4C2Y2C3Y3C1Y1〔即按423、1排列4M、2M、3M、1M号电机。4组电感线圈共铁心〔磁路〕布置的设计方式比起4组电感线圈设计成独立的4个电抗器而言，可以节约空间尺寸和重量。但小电流时，4组电感线圈的电感定电流下的电感变化不大。绕组承受连续式，两铁心柱上的绕组绕制方向相反。绕组绕制在附有8构成油道，加强绕组的散热。绝缘筒用酚醛纸筒制成。同一铁心柱上的４组绕组彼此间有10mm的油道。绕组要经过浸漆处