毕业设计(论文)变压器的应用与维护

黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）

题目：电力机车主变压器

的应用与维护

专业班级：铁道机车车辆****班

姓名：xxx

****年** 月** 日

中期进展情况检查表

目录

前言 (4)

摘要 (5)

1 概述 (6)

1.1 主变压器的特点 (6)

1.2 主变压器的基本结构 (6)

1.3 TBQ8型主变压器的结构特点 (6)

1.3.1 器身 (9)

1.3.2油箱 (11)

1.3.3保护装置 (11)

1.3.4冷却系统 (12)

1.3.5出线装置 (13)

2 主变压器的维护 (14)

2.1 电力机车变压器的维护方法 (14)

2.2 电力机车变压器检查方法 (15)

2.2.1变压器室检查给油顺序 (15)

2.2.2变压器室重点检查给油处所 (15)

2.2.3主要检查部件的技术要求 (15)

3 运行中的常见故障类型 (16)

3.1 按故障发生部位分类 (16)

3.2 按故障性质分类 (17)

参考文献 (18)

附录 (19)

前言

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。

主变压器（又称为牵引变压器），是交-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交流25KV高压电降为机车各电路所需的电压，以满足机车各种电机、电器工作的需要。主变压器的工作原理与普通单相降压电力变压器基本相同，但由于其工作条件特殊，特别是为了满足机车调压、整流电路的特殊要求，故在主变压器的设计及结构型式上均有自身的特点。

我国电力牵引变压器设计及工艺技术起源于20 世纪50 年代从前苏联引进的6Y2 机车牵引变压器技术, 代表产品为SS4 型电力机车用TBQ8 型牵引变压器。该变压器为立式结构, 采用铜管冷却、车内进风等技术。经过不断的技术改进, 基本上形成了一个初步技术平台。国产SS系列电力机车上使用TBQ系列主变压器，其型号其意义为：“T”一“铁”路机车用；“B”一“变”压器；“Q”一“牵”引；数字为设计序号；“一”后为“容量（kV·A）/电压等级（kV）”。例如 SS4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25 kV。

本论文主要以TBQ8－4923/25型电力机车主变压器为例浅谈其在运用过程中的应用与维护。

摘要

随着我国经济的迅速发展，高速、安全、成本低廉的铁路运输在我国运输市场上起着日益重要的地位。而铁路运输的安全问题则是事关国民经济、社会稳定的重要问题。

电力机车主变压器是交流电力机车上的一个重要部件，其运行的可靠和持续性是机车的行车安全的保证。电力机车主变压器的运行条件相对恶劣，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，是一旦出现故障就会造成很大损失。本文主要从变压器的实际理论出发，以TBQ8型主变压器为例阐述了变压器的组成结构、各零部件的功能，以及主变压器的维护和检查。

关键词：主变压器；TBQ8型；SS4型电力机车；

Abstract（英文摘要）

As China's rapid economic development, high-speed, secure, low-cost rail transport on the transport market in China plays an increasingly important position. The safety of rail transport is a matter of national economic and social stability of the important issues.

AC electric locomotive electric locomotive transformer is an important component, and its reliable and continuous operation of motorcycle traffic safety is guaranteed. Electric locomotive operating conditions are relatively poor transformer, transformer of electric locomotive over the years from running position, the main transformer failure rate is not very high, is the event of a failure will cause a great loss. In this paper, the actual theory from the transformer to the main transformer is described TBQ8 type composition of the transformer structure, the function of various components, as well as maintenance and inspection of the main transformer.

1 概述

1.1 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、电压波动范围大、负载变化大、耐振动、重量轻、体积小、用铜多

1.2 主变压器的基本结构

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1所示为TBQ84923/25型主变压器结构图。

1.3 TBQ8型主变压器的结构特点

TBQ8型主变压器为国产SS4系列电力机车配套的主变压器，由于各型机车的功率、调压方式及总体布置的不同，各型主变压器的具体结构型式、技术数据也有所不同。特别是为适应不同的机车调压电路的需要，主变压器的绕组结构、布置及连接方式会有较大的差别。

TBQ8—4923/25型（简称TBQ8型）主变压器是用于SS4改型电力机车上的主变压器，其外形结构如图1所示，主要技术数据见下表。

表一

图1 TBQ8型主变压器总图（单位：mm）

1-100蝶阀；2-波纹管；3-油流继电器；4-BJL-25/300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。

1.3.1器身

器身由铁心、绕组（线圈）、器身绝缘和引线装置等组成。

1．铁心

铁心的作用是构成变压器的闭合磁路，同时也是支撑绕组及引线装置的机械骨架。因此，要求铁心必须具有良好的导磁性能和足够的机械稳定性。

TBQ8型主变压器采用单相二柱式叠铁心（见图2），用0-0.35mm厚DQ151-35晶粒取向冷轧电工钢片叠装而成，由于该电工钢片表面覆有一层薄的氧化膜，有一定的绝缘作用，所以表面不涂漆。电工钢片的叠积按图8-2中Ⅰ、Ⅱ方式交替进行。心柱截面为10级阶梯形。心柱采用环氧玻璃粘带绑扎，每柱7道，为使接缝处平整，降低铁心噪音，在心柱最外级有4块6 mm厚的环氧玻璃布板做成的撑条；上、下铁轭采用夹件夹紧。

图2 TBQ8型主变压器的单相二柱式心式叠铁心（单位：mm）2．绕组

绕组是主变压器最关键的部件，为了保证变压器安全可靠运行，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条件，使变压器既能在额定工作条件下长期使用，又能经受住过渡过程中（如短路、雷击、操作等）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。

TBQ8型主变压器的绕组有：高压绕组、牵引绕组、辅助绕组和励磁绕组等4种，如图3所示。

图3 TBQ8—4923/25主变压器电气原理图

3、器身绝缘和引线装置

油浸式变压器的内部绝缘分为主绝缘和纵绝缘两类，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；纵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重量和外形尺寸，以及阻抗电压、损耗等性能数据。

对于同心式绕组的主绝缘广泛采用油隔板绝缘结构，TBQ8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，绕组均匀绕在酚醛纸筒上，并且绕组与油箱、铁心以及不同绕组之间必须有足够的绝缘距离（油隙）。绕组不同部位间的纵绝缘为由垫块、撑条构成的轴向、径向油道组成。

图4 TBQ8－4923/25型主变压器的绕组布置和绝缘结构

1-压板；2-上铁轭绝缘；3-牵引绕组DY2；4-高压绕组GY1；5-牵引绕组DY3、励磁绕组DY5；6-辅助绕组DY4；7-下铁轭垫块；8-隔板组；9-下铁轭垫块。

1.3.2油箱

油箱是油浸式主变压器的外壳，变压器的器身就放在充满变压器油的油箱内。对油箱的基本要求是：

（1）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；

（2）应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；

（3）油箱外部各种附件的布置应便于安装和维护。

TBQ8型主变压器的油箱箱底用10mm厚钢板制成，上面焊有用来限制器身移动的4个定位钉，并设有放油塞。箱壁长边用8mm、短边用6mm厚钢板焊接而成，为防止变形，四周焊有一些加强筋板。箱壁上焊有吊攀、冷却器安装座、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16个长孔，用M24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。

上油箱由钢板制成，其内腔用作安装4台滤波电抗器。上油箱和下油箱的箱沿间垫有直径为20mm的耐油圆橡胶密封圈，四周用73个M16螺栓紧固，以防漏油。上油箱上安装有储油柜和1个WTZ－288型信号温度计。

1.3.3保护装置

TBQ8型变压器油是从石油中提炼出来的优质矿物油。在油浸式变压器中，变压器油既是一种绝缘介质，又是一种冷却介质。因此，对变压器油的要求是：介质绝缘强度高、粘度低、网点高、凝固点低、酸值低、灰粉等杂质及水分少。变压器油在较高温度下长期与空气中的氧接触时会逐渐老化，在油中生成不传热的悬浮物，堵塞油道，并使酸值增加，绝缘强度降低，这对变压器的安全运行是十分不利的。

为了减缓变压器油受潮或老化的程度，使油能较长久地保持良好状态，在TBQ8主变压器上专门设置了下列几种保护装置：

1．储油柜（油枕）

2．油位表

3．吸湿器

4．信号温度计（如图 5所示）

图 5 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。

5．油流继电器

图6 YJ-100-A型油流继电器原理示意图

1-动板；2-油联管；3-密封环；4、5-磁钢；6-电气部分；7-指针；8-壁；

6压力释放阀

图7 YSF-70/25J型压力释放阀

1-防雨帽；2-调压螺母；3-上罩；4-内、外弹簧；5-标志杆；6-阀盖；7-上封环；

8-侧封环；9-阀座；10-下封环。

1.3.4冷却系统

主变压器运行中产生的所有损耗将转变为热能，使各部件的温度升高，当主变压器温升超过规定的限值，将使绝缘损坏，直接影响主变压器的使用寿命（20～30年）。因此，主变压器必须具有相应的散热能力。

图8 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。

TBQ8型主变压器采用独立的强迫导向油循环风冷却系统（见图8）。系统中设置有STD-1型铝冷却器，为全铝合金板翅式结构，经硬钎焊的冷却器心刚度高，强度好，能承受700kPa的压力。

1.3.5出线装置

主变压器各绕组的引线从油箱内引至油箱外时，必须采用出线装置，以便使带电的导线与接地的油箱绝缘。

TBQ8型主变压器的出线装置采用两种套管：A-BJL-25/300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型主变压器还采用多种以胶木板为绝缘件的出线装置。以接线头个数区分，可分为二联、三联、四联、五联等。

如图9所示的4种。

图9 绝缘瓷套管

(a)BLJ-25/300型穿缆式套管；(b)BF-1/300和BF-1/600型套管；

(c)BF-1/800型套管；(d)BF-6/2000型套管和BF-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。

2 主变压器的维护

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。

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。

因此为了保证机车安全稳定的运行，电力机车主变压器的维护就相当的重要。

2.1 电力机车变压器的维护方法

为了使主变压器经常处于良好的工作状态，必须对主变压器进行日常的维护和定期的检修。以减少或避免主变压器在运行过程中发生故障及不必要的临时检修，从而保证主变压器安全可靠运行。

1.主变压器必须保持正常的油量，以保证良好的冷却作用和绝缘性能。油量不足时，必须及时补充合格的同型号的变压器油。

2.定时检查和校验测量油用的温度计，以保证指示正确。

3.经常检查油的温度。正常运行时，主变压器上层油温应不大于95℃，绕组平均温度不得大于105℃。

4.主变压器各部分电气接触应保持良好，若有触头发热等不正常现象时，应及时处理。绝缘瓷瓶应经常保持清洁、无裂纹、无放电痕迹及其他异常现象，确保瓷瓶绝缘性能良好。

5.主变压器刚开始投入运行、长期停运或检修后投入运行时，必须仔细检查它的外部状态，并对主变压器的各绕组及变压器油进行绝缘强度试验，确认合格后，方能投入运行。

6.加强对变压器油的保养。若变压器油不净或老化，将严重威胁变压器的安全运行。若变压器油制造厂过滤不净或在使用过程中由于油泵烧损、轴承磨损、泵轮转子铁芯松动等原因都可能使变压器油内混入金属碎片和产生游离，使油变污；变压器长期使用后，也会发生老化析出酸及油泥。因此在下列情况下，变压器必须进行滤油处理，。以提高变压器油的质量：

（1）变压器油泵烧损修复后；

（2）烧损油泵时；

（3）运行多年而未经滤油的；

（4）主变压器中修时；

（5）闪点下降及发生其他情况认为需要滤油时。

7.定时检查吸湿器中的干燥剂，观察是否变色。硅胶在干燥时呈蓝色，吸收潮气后呈粉红色。因此当吸湿器中的硅胶2∕3呈粉红色时，需要进行干燥或更换。受潮的硅胶在140℃温度下烘焙约8h（或在300℃下烘焙2h）后，便可以完全变成蓝色。

2.2 电力机车变压器检查方法

2.2.1变压器室检查给油顺序

1.变压器左侧

变压器门及门连锁→主断路器下部→主变压器吸湿干燥器及油位表→变压器储油柜→电度表及单极自动开关→高压电流互感器及穿墙瓷瓶→变压器潜油泵→PFC柜→油流继电器及变压器散热器

2.变压器右侧

变压器门及门连锁→变压器风机→油温表→主断路器下部

2.2.2变压器室重点检查给油处所

1.主断路器分合闸线圈、传动部件、穿墙瓷瓶等。

2.主变压器油位表、油温表、抽头接线、阻容保护、空气干燥器。

3.潜油泵、变压器冷却风机。

2.2.3主要检查部件的技术要求

1.变压器使用25号变压器油。油量不足时，必须及时补足合格的同型号变压器油。

2.定期检查和校验测温用温度计，以保证其指示正确。

3.经常检查变压器油的温度。当环境温度为25℃时，变压器油的最高温升应不大于55℃，油温一般应维持在70℃以下。

4.加强对牵引变压器油的保养。添加变压器油时，应使用滤油机由变压器下方50活门处压入。定期进行变压器油的化验。

5.注意观察吸湿器中的硅胶变色情况，当有2∕3的硅胶由蓝变红时，应予更换。

6.主断路器分合闸电磁铁衔铁与气动阀杆间隙5~10mm。

表二

变压器检查内容及要求

3 运行中的常见故障类型

3.1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。

3.2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。

参考文献

附录

TBQ8型主变压器总图（单位：mm）

1-100蝶阀；2-波纹管；3-油流继电器；4-BJL-25/300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。