电力机车牵引变压器

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20~29kV，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。 机车运行时要求无流通过分相区，接触网分相距离一般为 20~40km。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: ①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。 ②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。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、渗漏油故障的原因三、渗漏油故障的原因 (1)焊缝部位渗漏油原因 ①设计缺陷。 在对 SS3,SS4 等车型所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。 ②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