SS7E型电力机车主变压器故障分析与研究石晓鹏Word下载.docx

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1、根据功能要求编制设计方案。

2、撰写报告。

主要参

考资料

及文献

电力机车概论中国铁道出版社

韶山九型电力机车中国铁道出版社

变压器内部故障的检测内蒙古电力技术

电力机车中国铁道出版社

山东职业学院毕业设计评审表一

（指导教师用）

评价内容

具体要求

分值

评分

调查论证

能独立查阅文献和调研；

能提出并较好地论述课题的实施方案；

有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。

10

实验方案设计与实验技能

能正确设计实验方案，独立进行实验工作。

20

分析与解决问题的能力

能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；

能正确处理实验数据；

能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。

工作量、

工作态度

按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；

工作努力，遵守纪律；

工作作风严谨务实。

质量

综述简练完整，有见解；

立论正确，论述充分，结构严谨合理；

实验正确，分析处理科学；

文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；

论文结果有应用价值。

创新

工作中有创新意识；

对前人工作有改进或突破，或有独特见解。

成绩

100

指导教师评语：

指导教师签名：

年月日

山东职业学院毕业设计评审表二

（评阅人用）

具体要求

资料利用

查阅文献有一定广泛性；

有综合归纳资料的能力和自己的见解。

15

论文质量

立论正确，论述充分，结果严谨合理；

50

工作量、难度

工作量饱满，难度较大。

25

评阅人评语：

评阅人签名：

山东职业学院毕业设计答辩情况记录

（答辩小组用）

答辩题目

对学生回答问题的评语

正确

基本

经提示回答

不正确

未回答

答辩委员会（或小组）评语：

成绩：

答辩负责人签名：

年月日

毕业设计总成绩评定表

班级

姓名

学号

电力机车主变压器结构、分析与研究

指导教师评分

评阅人评分

答辩评分

总成绩

系毕业设计领导小组审核意见：

小组组长签名：

注：

毕业设计总成绩中，指导教师评分占40%，评阅人评分占20%，答辩评分占40%。

摘要

主变压器是电力机车牵引供电的核心设备，做好主变压器的故障分析能够在很大程度上保证电力机车质量。

也是保证牵引供电系统安全运行的关键设备。

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。

本文从SS4G型电力机车型号是TBQ—4923/25主变压器的基本结构，常见的故障，预防主变压器损坏的主要措施等方面进行了阐述。

阐述了变压器的一些常见故障，其中针对主变压器的渗漏问题进行系统分析，提出了故障的处理方法。

关键词：

电力机车主变压器；

故障；

损坏；

预防；

分析

引言

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。

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。

电气设备运行状态的在线检测和故障诊断，使设备从传统的预防性检修提高到预知性状态检修，对提高设备运行可靠性与有效度，提高电力系统经济效益，降低维修成本，都有很重要的意义。

第一章SS7E型电力机车主变压器基本结构

韶山7E型电力机车主变压器采用壳式结构，与韶山7型电力机车主变压器结构相似。

变压器铁心呈双“口”字形，水平叠装，中心柱上布置高、低压绕组，铁心和铁轭截面为矩形。

所有高、低压绕组均由饼式线圈组成，线饼为带圆弧角的矩形。

油箱分上、下两部分，其水平和垂直方向截面都是矩形，铁心卧式搁置在下油箱上，上油箱套住器身，上下油箱压紧后焊接，从而使铁心夹紧。

中间铁心采用楔形板把线圈挤紧。

为减少线圈漏磁引起的附加损耗，油箱上压紧铁心用的“∩”筋板、楔形板及其上、下垫板均采用低碳钢板，并在线圈内腔的铁心上、下方装设了由硅钢片制成的磁分路。

几个主要部分的具体结构如下：

1.1油箱

主变压器油箱分上、下两节油箱。

箱底及侧壁均由5mm的16Mn钢板焊接而成。

1.2铁芯

主变压器铁心采用30Q130硅钢片叠压而成，斜接缝，其尺寸同韶山7型电力机车主变压器。

如图2-1。

铁心叠厚800mm,窗口尺寸为290X700，铁心截面1755cm2，铁心有效截面积1650cm2。

心柱磁通密度1.535T。

叠片系数0.94。

铁心重3055kg。

1.3线圈

主变压器所有线圈均采用饼式线圈,交错排列。

网侧线圈的一端X永久接地，称为接地端；

另一端A与接触网相接，称为高压端。

为提高耐冲击过电压能力，除首端4个线饼采用加强绝缘导线，增大饼间油道和隔板数外，在高压第一线饼外还装设了静电屏，它与网侧线圈的引出头A端相连，以改善匝间电容的分布，降低起始电位梯度。

为保证低压电路工作的可靠性，与高压端邻近的牵引线圈侧装有接地屏。

网侧线圈采用两根复合导线并绕及饼间换位以减少附加损耗。

复合导线由两根3.15mm×

4.75mm扁铜线NOMEX纸包组合而成。

牵引、辅助、励磁线圈均由铜板焊接而成，尺寸相同，仅板厚不同。

取暖线圈采用换位导线绕制。

线圈技术数据见表2.1。

表2.3主变压器线圈技术参数

项目

网侧线圈

牵引线圈

励磁线圈

辅助线圈

取暖线圈

总匝数

444匝

4X12匝

6匝

（2+4）匝

2X15.5匝

线圈编号

25～28

5～12

28～32

1～4

15～18

21～24

33～36

37

13

14

19

每饼匝数

27

28

3

3+3

2

4

15.5

导体尺寸

2（3.15×

4.75）

2.5×

250

1×

9（

）

绝缘厚度

1.28

1.12

0.58

0.45

（1）网侧线圈共分16个线饼，其中有4个线饼是用2根组合导线并绕27匝而成；

有12个线饼是用2根组合导线并绕28匝而成。

（

（3）取暖线圈共2个线饼，采用NOMEX纸包的换位导线（9根）绕制，每饼匝数15.5匝。

整个线饼通过成组工艺作成一个外观平整的绝缘整体，设有多种规格绝缘件，有∪形槽板、弯隔板、L形角板、隔板等成形绝缘件。

1.4油保护系统

储油柜采用铝板焊接结构，装在平波电抗器油箱上方，储油柜箱底作为平波电抗器油箱的箱盖。

储油柜的功能有二：

（1）减少变压器油与空气接触面积，减缓变压器油的老化过程。

（2）当油箱中变压器油受热膨胀时，使多余的那部分变压器油进入储油柜中，并储存在储油柜里，当油箱中的变压器油变冷收缩时，储油柜里的油进入油箱，并把油箱添满，使油箱在任何时候都充满变压器油。

油表 

油表焊装在储油柜上，储油柜的侧板上有两个ф5mm的孔，以保证储油柜中的油能流入油表内，油表中有一反光板，用于指示油位。

油表标有温度刻度，这些刻度指示变压器未工作时，在环境温度分别是+40℃、+20℃、-30℃时储油柜里的油应具有的油位。

吸湿器 

吸湿器装在储油柜上，用钢管与储油柜上部空间连接起来，当储油柜油面上升时，柜内油位上部空间的部分空气须要排往大气。

当储油柜内的油位下降时，柜内油位上部的空气不足，须要从大气中吸进空气 

，以免形成负压。

这就要求在储油柜与大气中建立一个通道，这种通道间装设吸湿器用来当变压器油膨胀、收缩和呼吸时，吸收空气中的灰尘、水分，以缓和油质的劣化速度。

在吸湿器中变压器油质量约为100g，硅胶质量约为1500g。

正常干燥情况下硅胶颜色为兰色（青色），吸湿后是淡紫色，接近饱和时是淡红色，如果发现硅胶有二分之一以上为淡红色时应进行干燥处理。

信号温度计

WTZK-02信号温度计装在储油柜上，用来测量变压器油箱上层油温。

信号温度计由测温筒（油包）、金属毛细管、测压弹簧、刻度盘、指针及接触系统组成。

当测温筒的温度升高时，其内的液体气化后体积膨胀，沿着金属毛细管传到测压弹簧，使其变形。

弹簧的变形通过传动机构改变指针的偏转角，从而指示油温。

信号温度计设有电接点，信号温度计的感温头采用垂直安装，温度计安装座中可注变压器油。

当油温超过800C时，司机在故障显示屏上可看到。

1.1.5. 

油流继电器 

YJ-100型油流继电器装在潜油泵出口联管中，当潜油泵正常运行时，油流继电器的接点闭合，显示信号，表示油循环正常。

反之，发出故障显示信号。

压力释放阀 

压力释放阀型号为YSF5-70/50KJW带两对常开接点，当变压器箱体内压力超过70kPa，压力释放阀打开，喷出的油经油管，从车体底部排到车外，同时接点闭合，一对在显示屏上显示，一对跳主断路器，以免事故扩大。

第二章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，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。

2.1机车主变压器的作用

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。

2.1机车主变压器的运行条件

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。

第三章电力机车主变压器运行中的故障

电力机车主变压器在运行过程中会出现很多故障，这些故障种类繁多，不尽相同。

通常我们把它们分类。

按故障发生部位分类可分为变压器外部故障和变压器内部故障；

按故障性质分类可以分为过热性故障、放电性故障、油故障等类型。

3.1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。

3.2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。

3.3变压器故障性质分类

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。

第四章电力机车主变压器漏油故障原因及处理

4.1漏油的部分

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。

4.2漏油故障的原因

　　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。

①密封件的产品质量存在问题。

　　②在电力机车主变压器的制作过程中各连接部位的密封件安装不当,整固不到位。

　　③在电力机车主变压器大修及维护中密封件更换不及时,密封件失效。

4.3渗漏油现象的处理

　　　对于由设计原因造成的油箱渗漏,除采用改进产品结构,加强结构分析,增加新产品运行考核等措施外,还可以借助先进的先期诊断手段,如采用计算机辅助结构分析软件进行强度和模态分析等,以减少设计缺陷。

而对于制造原因造成的渗漏,应要求操作人员严格按专业焊接标准控制变压器油箱制造工艺,在变压器油箱组装焊接完成后还需采取正确的消除残余应力措施,如振动或时效处理等,以解决由于加工焊接过程造成的应力集中,确保变压器油箱加工过程中形成的应力集中区和缺陷数量最少,从而消除漏油隐患。

①焊缝渗漏

　　　第一，焊缝渗漏故障主要是由于焊缝存在应力集中、夹砂、气孔或裂纹导致的,处理时在确定渗漏位置后,先用钢丝刷清理,再用除油剂冲洗干净,用净布反复擦拭,最后在渗漏点处进行补、堆焊处理。

　　　第二，主变压器发生渗漏油不严重时,可考虑带油焊修。

在补焊过程中,我们多采用石棉绳、木锲等物预先将渗漏处堵死,然后再进行焊接;

对不能预先塞死的渗漏处（如条裂）,可以采用先一部分一部分地焊修,待渗漏处归结至一点后再用石棉绳、木锲塞死进行焊修;

对于厚板上的小漏洞,先用小锤捻死,然后再焊接;

对于微渗漏则一般采取先用电弧快速晃烤渗漏处四周,令其升温膨胀抑制油流,然后焊成。

焊修时为防止烧穿,使漏处扩大,可以先在漏处上方进行适当加厚（即堆焊一下）。

采用带油焊修时严禁长时间施焊,焊修点最好在油面下100~200mm处;

箱内无油时严禁施焊。

由于带油补焊是处理渗漏油的临时措施,仍旧存在再次渗漏的可能性,因此在适当时候必须严格按焊缝返修工艺进行清根返修。

在现场处理渗漏油现象消失后,还需进行认真跟踪观察,确保不影响电力机车主变压器的正常运行。

　　第三，如果漏油较严重,则须采用彻底的解决方法。

在条件允许时可考虑先放油,吊芯后对漏油部位采用彻底的焊接补救方法。

件允许时可考虑先放油,吊芯后对漏油部位采用彻底的焊接补救方法。

　　　第四，抽真空排油法。

使变压器内部形成负压,变压器油不再渗漏,此时可以补焊,但是,抽真空时负压不宜过高,以内外压力相等为宜。

②密封件渗漏处理

　　　密封件渗漏情况比较复杂,要具体问题具体分析。

先确定密封失效的原因,在现场可以先紧固密封件两端的紧固螺栓,如果还解决不了问题则需更换变形或者损伤的密封件。

此外,在电力机车变压器大修或安装过程中一方面要不断提高密封件质量,另一方面现场操作中要注意密封件的正确安装和检查,有问题的及时更换,最大限度防止密封件渗漏现象的发生。

结语

在实际检修与运用中，变压器还有一些事故出现，如匝间短路，绕组开路，接地等牵引变压器故障后，会给运行单位在经济上安全上带来较大的损失，同时由于其较一般的电力变压器运行环境恶劣得多，故障几率也远大于电力变压器。

实际上造成渗漏的原因还有很多:

如密封安装面对接部件不平（呈现马蹄形状）,部分油塞密封面设计不合理,以及密封面法兰钢板较薄、强度不够,不足以保持密封效果等现象。

漏油故障不同,解决问题的方法也不同,实际工作中需要我们认真分析和总结,以便把电力机车主变压器渗漏的预防及处理工作做的更好。

致谢

在本论文的写作过程中，我的导师老师倾注了大量的心血，从选题到开

题报告，从写作提纲，到一遍一遍的指出每搞中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。

同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。

参考文献