动车组牵引系统维护与检修2.5-CRH5动车组牵课件.ppt

1、 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法2.5.3 CRH52.5.3 CRH5动车组牵引变压器的结构、技术参数及控动车组牵引变压器的结构、技术参数及控制方法制方法 1概述 牵引变压器是动车组的重要组成部分，由受电弓接收的能量通过主断路器供给牵引变压器的初级绕组，将电压改变1770V交流电，供给辅助设施电路和负责全列车直流电驱动电气设备管理的电路及给牵引电机。 整个变压器含网侧高压套管共有14个接线端子，总重7000kg，最大外形尺寸为4124mm2465mm685mm，牵引变压器（TT）安装在TP 和TPB 车

2、的底架上，如图2-13是安装在TP车的CRH5牵引变压器。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 牵引变压器（TT）（1）为配有6个次级绕组的单相变压器，用于降低电压以使其适于驱动设备。每个牵引/辅助变流器均由牵引变压器（TT）（1）的2 个次级绕组馈电。安装在牵引变压器（TT）上的主要组件如下： 硅胶通气装置； 630 A 套管； 初级绕组电流传感器； 油枕； 油位指示器； 油流指示器（每个油泵一个），用以指示冷却油的流动； 温度计； 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3C

3、RH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 油泵，用以循环冷却油； 护线罩； 风机电机，用以冷却变压器油； 冷却器； 钢制油箱； 除上述以外，牵引变压器还包括： 4 个测温探头，用以检测变压器油温 1 个过压阀 3 个油位传感器，用以安全地操作保护逻辑电路 牵引变压器（TT）通过强制油循环进行冷却。当油流经膨胀油箱时，油-空气热交换器（冷却器）可对其进行冷却。油-空气热交换器是牵引变压器的组成部件。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法图图2-13 CRH5牵引变压器牵引变压器 项目二项目二 动车组主变压器

4、维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 2牵引变压器结构 变压器采用心式卧放结构。内部结构主要由铁心、线圈构成的器身和引线等组成，外部结构主要由油箱及储油柜、冷却系统、组件等几部分组成。 （1）内部结构 磁路为芯式结构，由两个芯柱旁轭及两个矩形铁轭组成，采用冷轧晶粒取向硅钢片叠积而成，片间有耐热的绝缘涂层。心柱采用多级近似圆形的截面，外接圆直径200，有效截面积288.84cm2。为了适应卧式安装的要求，上下铁轭硅钢片冲孔并用穿心螺杆紧固，芯柱使用苯乙烯塑料绑带绑扎，使之成为一个结实的刚体，图2-14是铁芯叠积图，图2-15是铁芯装配图。

5、项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法图图2-14 铁心叠积图铁心叠积图 图图2-15 铁心装配图铁心装配图 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 除上述以外，牵引变压器还包括：4 个测温探头，用以检测变压器油温；1 个过压阀；3 个油位传感器，用以安全地操作保护逻辑电路。 牵引变压器通过强制油循环进行冷却。当油流经膨胀油箱时，油-空气热交换器（冷却器）可对其进行冷却。油-空气热交换器是牵引变压器的组成部件。 本地牵引控制（CLT

6、）通过断开断路器（DJ），使牵引变压器与接触网电路隔离，初级绕组回流点在变压器外部提供，回流路径通过TP和TPB车的2 个转向架上的2 条接线实现。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 线圈为层式结构，A级绝缘等级，线圈有两柱，每柱有2段绕组，每段绕组都有由高压绕组、滤波绕组和牵引绕组组成的线饼，每个牵引绕组中都有它自身对应的高压绕组，每个变压器共有4段绕组。从里到外的顺序为：牵引绕组、滤波绕组及高压绕组。 线圈的绝缘部分由板材制成。每个绕组带有轴向的同心油道，这些油道用于优化冷却效果。绕组的定位是通过准确的

7、端环来保证的，这样可以减少轴向短路作用力。为满足高阻抗的要求，线圈采用分裂式结构，所有线圈之间均采用退耦布置，四个牵引绕组分别对应四个高压绕组，如图2-16是绕组布置图。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法图图2-16绕组布置图绕组布置图 图图2-17 引线布置引线布置 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 六个独立的高压线圈分别与各自的牵引线圈耦合，实现了六个牵引线圈相互退耦，降低了绕组间的相互影响。 引线结构紧凑，如图2-

8、17所示，顶部出线，占用空间少，引线采用铜排和圆铜棒，导体焊接采用含银材料。引线支架采用强度高的层压木板。原边高压引线采用T形头结构。二次接线端子采用接线端子结构，安装在变压器侧壁上。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法（2）外部结构 图图2-18 牵引变压器外部结构示意图牵引变压器外部结构示意图1. 牵引变压器；2. 高压套管3. 避雷器；4. 硅胶通气装置；5. 630 A 套管；6. 初级绕组电流传感器；7. 油枕；8. 油位指示器；9. 风机电机；10. 冷却器11. 钢制油箱 项目二项目二 动车组主

9、变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 主要包括油箱及储油柜，主变压器采用车体下安装形式。它是一个钢制的焊接油箱。油箱在真空充油过程中能够承受一定压力，图2-18是牵引变压器外部结构示意图。 冷却系统 图 2-19 给出了牵引变压器的冷却油循环系统。 该冷却系统包括安装在油箱上的2个油泵和冷却器系统。油借助2个油泵经过冷却器循环。冷却器系统包括散热器和2台风机电机。风机电机用以使强制风经过散热器循环。每个系统的额定气流流速为2.04 kg/s。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引

10、变压器结构、技术参数及控制方法冷却系统特性（每个冷却器）如下：型号 ： KDAF风机数量 ： 2油泵数量 ： 2耗散功率 ： 360 kW气流量 ： 5.83 kg/s进气口温度 ： 45 C排气口温度 ： 108.5 C 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法图图 2-19 牵引变压器的冷却油循环系统牵引变压器的冷却油循环系统1. 变压器；2. 冷却器3. 油泵；4. 风机电机；5. 散热器； 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方

11、法 风机电机 参见图 2-19，2台风机电机安装在底架上紧邻变压器的位置，用以对油进行冷却。风机电机设计为可以高速和低速运行。当车组处于运行状态时，采用高速运行。当车组处于长时间停车状态时，采用低速运行。 每台风机电机的特性如下： 电源电压 ： 400 V AC 50 Hz 三相 电源电压变化及容差 ： 根据标准，在额定电压+/- 10%范围内 电源电压失真 ： 10% 运行速度 ： 2900 l/min 输入功率： 2 x 8.6 kW 速度 ： 2930 / 1450 rpm 每台电机的功耗 ： 8.2 / 2.2 kW 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5

12、、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 油泵电机 参见图2-20，在TP 和TPB 车的牵引变压器上安装有2 台油泵电机。泵与电机组成一个整体单元。此单元用来将油在牵引变压器中循环，实现冷却和绝缘。油的最高允许温度为115 C。图图2-20 油泵电机视图油泵电机视图1.油泵电机；2.螺栓；3.端子盒盖；4.电缆；5.螺栓 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 泵出的油流经电机护罩，由此电机所生成的热量被油耗散。电机隔间也充有相同的油。牵引变压器油泵电机的电源来自高压箱。 在油泵运行之前，油泵、管路

13、和冷却器中必须充油。在起动时应检查油泵的转动方向。若油泵长时间存放在潮湿环境中，必须检查绕组对构架的绝缘电阻。在以下情况下对此单元充油前必须对绕组进行干燥： 绝缘电阻低于30 M（使用500 V兆欧表，在25 C的绕组温度下）。 绝缘电阻低于1 M（使用500 V兆欧表，在75 C的绕组温度下）。 电源电压 ： 400 V AC 50 Hz 三相 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 电源电压变化及容差 ： 额定电压 10% 电源电压失真 ： 10% 油流量 ： 2x750 l/min 输入功率（在60C 下）

14、 ： 2 3.3 kW 保护方案 牵引变压器保护系统由电子设备启动。由专门的传感器监测牵引变压器运行情况。本地牵引控制（CLT）负责对监测中所检测到的保护干预进行确认。 由CLT设备确定对以下所列事件（要求从接触网线电路隔离切换变压器）提供的保护。该请求经MVB传送至TCMS，将启动变压器隔离开关。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 这些事件有： 初级绕组过载或短路 初级绕组电流传感器（TAP）故障 初级绕组的隔离损耗 冷却电路过压 冷却油循环不足或没有 冷却油过热 冷却油位过低 隔离开关和接触器的诊断 T

15、CMS 在DJ开路后对DJ1断开可使变压器切断请求被激活。在安装有切断变压器的地方，激活此类请求可防止车辆的DJ闭合。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 初级绕组过载或短路 CLT通过读取来自初级绕组电流传感器（TAP）的信号来检测此情况。 初级绕组电流传感器（TAP）故障 CLT 通过读取来自初级绕组电流传感器（TAP）的信号来检测此情况。 初级绕组隔离损耗（差动保护） 此保护通过比较来自TAP 和TAP1 的均方根值信号来实现。如果TAP 与TAP1 信号之间的差值大于设定阈值（50A）且持续超过2 秒

16、，CLT 将使TCMS 通过MVB 将断路器DJ 和DJ1 断开。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 冷却电路过压 将由一个专用阀门检测保护冷却电路、防止油过压的情况。过压由气体的突然释放引起，当变压器绕组放电，或存在电气保护检测不到的短路时，将出现这种情况。 冷却油循环不足或没有 CLT 通过采集油流量检测器的状态检测此情况。在变压器冷却电路中安装有2个检测器。当变压器接通且2 个检测器均切换其输出触点时，在30 秒延时后检测被确认。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、

17、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 冷却油过热 在每台变压器上安装有4 台冗余的热探头PT100，用以测量冷却油的温度。每个CLT 会采集此温度的2 个信号，如果这2 个温度值中有1 个达到第1 阈值，且相应的探头未破坏，则将故障状况检测为冷却油过热。 如果油温达到第1 阈值，CLT 设备将让相应的牵引驱动器通过TCMS 降低牵引功率。其目的是避免油温达到第2 或更高的阈值，那样会导致变压器与高压电路断路。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 冷却油位过低 CLT 通过采集各油位检测器的状态来

18、检测此情况。在变压器冷却电路中安装有3 个检测器。第1 个油位检测器提示油位预报警。其他油位检测器则提示油量实质不足，需要将变压器与高压电路断开。 当变压器接通且其他2 个检测器均切换其输出触点时，在30 秒延时后检测被确认。如果2 个检测器不一致，则在第1 个油位检测器激活预报警的条件下，保护将被激活。 隔离开关和接触器的诊断CLT 通过采集相应开关或接触器的辅助触点的状态检测这些状况。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法3牵引变压器特点和技术参数 （1）变压器的特点 采用轻量化技术，实现大容量、小型化、低

19、质量； 安装方式采用了车体地板下吊挂式安装的卧式扁平结构； 储油柜侧面放置以降低变压器高度； 耐机械冲击，能承受水平方向3g横向2g垂直方向1g的冲击加速度； 整体绝缘水平为F级； 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法 高阻抗使变压器内部的空间磁场很强，结构件使用了大量的无磁、绝缘材料； 线圈导线采用Nomex纸绝缘，耐热等级高，机械强度大； 绕组结构采用全分裂结构，以满足电磁耦合要求； 冷却方式为强迫导向油循环风冷； 冷却媒质采用了具有高燃点的Ester脂油；（2）主要技术参数 CRH5动车组牵引变压器主要技

20、术参数如表2-9所示。 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控制方法表表2-9 变压器电气参数变压器电气参数高压绕组牵引绕组额定容量kVA52628776额定电压V2500017706额定电流A2104956施加的工频耐电压kV1313端子号HVNTR11-TR12 TR21-TR22 TR31-TR32TR41-TR42 TR51-TR52 TR61-TR62直流电阻（150 ）3.026 55.08m 项目二项目二 动车组主变压器维护与检修动车组主变压器维护与检修2、5、3CRH5动车组牵引变压器结构、技术参数及控

21、制方法原边对次边牵引绕组47%+10%负载总损耗（150 ）250kW最大外形尺寸4124mm2465mm685mm线圈类型层式油重850kg总重7000 kg相关标准IEC60310储油柜位置与油箱在一起3.4.1.1变压器概述变压器概述变压器是在法拉第电磁感应原理的基础上设计制造的一变压器是在法拉第电磁感应原理的基础上设计制造的一种静止的电气设备，它可以将输入的某种电压等级的交流电变种静止的电气设备，它可以将输入的某种电压等级的交流电变换成同频率的另一种电压等级的交流电输出。一般将变压器划换成同频率的另一种电压等级的交流电输出。一般将变压器划到电机的范畴，因此变压器也被称做到电机的范畴，因

22、此变压器也被称做“静止的电机静止的电机”1.1. 电压变换电压变换2.2. 电流变换电流变换3.3. 阻抗变换阻抗变换4.4. 电气隔离电气隔离变压器的主要功能变压器的主要功能：3.4.1 系统原理系统原理3.4.1.2变压器的分类变压器的分类 按用途分：电力变压器和特种变压器。按用途分：电力变压器和特种变压器。 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：心式变压器、壳式变压器等。按铁心结构分：心式变压器、壳式变压器等。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压 器和充气式变压

23、器。器和充气式变压器。 本次引进的本次引进的LOT5260LOT5260型变压器，是型变压器，是SecheronSecheron专门为专门为 CA250CA250动车组设计的牵引变压器。符合动车组设计的牵引变压器。符合IEC60310IEC60310，IEC61373IEC61373标准的相关要求。标准的相关要求。3.4.1.3 CRH5上的变压器上的变压器 CA250CA250动车组每列车设有动车组每列车设有2 2个牵引变压器。分别安装在个牵引变压器。分别安装在第第3 3车（车（TPTP）和第）和第6 6车（车（TPBTPB）的车下。其中安装在第）的车下。其中安装在第3 3车的车的变压器为第

24、一个动力单元（变压器为第一个动力单元（3 3辆动车）供电，安装在第辆动车）供电，安装在第6 6车车变压器为第二个动力单元（变压器为第二个动力单元（2 2辆动车）供电。辆动车）供电。 第第6 6车的变压器可以为第车的变压器可以为第4 4车（车（M2M2）供电。另外，也可）供电。另外，也可以在速度提升时，为新增动车供电。以在速度提升时，为新增动车供电。 变压器不设单独的辅助供电绕组，所有二次绕组完全变压器不设单独的辅助供电绕组，所有二次绕组完全相同。相同。3.4.2 结构组成结构组成 箱体；箱体； 有源部件；有源部件； 冷却系统；冷却系统； 其他附件；其他附件；nTransformer Gener

25、al view4.2.14.2.1箱体箱体 箱体主要由油箱、储油柜、冷却管路、吊装结构及其他箱体主要由油箱、储油柜、冷却管路、吊装结构及其他（扎线杆等）附件组成。（扎线杆等）附件组成。 箱体为钢制结构，油箱盖直接焊在油箱上面。储油柜焊在箱体为钢制结构，油箱盖直接焊在油箱上面。储油柜焊在油箱的侧面，充分利用了车下的空间。油箱的侧面，充分利用了车下的空间。 箱体在设计过程中采用箱体在设计过程中采用ANSYSANSYS有限元分析软件进行结构强有限元分析软件进行结构强度计算，以确保变压器能够符合度计算，以确保变压器能够符合IEC61373IEC61373标准中规定的冲击、标准中规定的冲击、振动要求。振

26、动要求。 箱体重量：箱体重量：1380Kg1380Kg3.4.2.23.4.2.2有源部件有源部件 变压器的有源部件主要指铁心和绕组。其中铁心为变压变压器的有源部件主要指铁心和绕组。其中铁心为变压器的磁路，绕组则为电路。本次引进的变压器为单相心式结器的磁路，绕组则为电路。本次引进的变压器为单相心式结构，结构的热绝缘等级为构，结构的热绝缘等级为F F级。级。 心式变压器制造工艺简单，应用广泛。壳式变压器产心式变压器制造工艺简单，应用广泛。壳式变压器产量比例为量比例为5%5%。铁心铁心1.1. 为了减小涡流与磁损，为了减小涡流与磁损，铁心由涂有绝缘漆的冷铁心由涂有绝缘漆的冷轧硅钢片叠制而成，硅轧硅

27、钢片叠制而成，硅钢片厚度钢片厚度0.35mm0.35mm。2.2. 上铁轭可拆下，以便安上铁轭可拆下，以便安装绕组块。装绕组块。3.3. 叠片边缘用胶粘贴。叠片边缘用胶粘贴。4.4. 整体安装结构。整体安装结构。5.5. 2000 x750 x2002000 x750 x2006. 6. 重量：重量：1100Kg1100Kg铁心铁心 绕组绕组1.1. 六组牵引绕组，每三组绕组构成一个绕组块。六组牵引绕组，每三组绕组构成一个绕组块。2.2. 层式绕组结构，热绝缘等级为层式绕组结构，热绝缘等级为F F级。级。3.3. 内部为牵引绕组，内部为牵引绕组， 外部为高压绕组外部为高压绕组。4. . 重量：

28、重量：2300Kg2300Kg为了保证结构的为了保证结构的F F级级绝缘等级，分别在牵引绝缘等级，分别在牵引绕组内层，牵引与高压绕组内层，牵引与高压绕组间及高压绕组外层绕组间及高压绕组外层套有绝缘纸筒。套有绝缘纸筒。牵引绕组：牵引绕组：6 6层层197197匝匝导体类型为：导体类型为：CTCCTC铜制转铜制转位导体。导体绝缘等级位导体。导体绝缘等级H H级。层间加有油道撑条。级。层间加有油道撑条。导线总长度：导线总长度：6x190m6x190m高压绕组：高压绕组：2020层层27802780匝，导体体类型为：扁匝，导体体类型为：扁铜线。导体绝缘等级铜线。导体绝缘等级H H级。级。导线总长度：导

29、线总长度：24000m24000m绕组的电气连接绕组的电气连接+=有源部件装有源部件装配配变压器在设计过程中采用变压器在设计过程中采用软件进行模拟分析。图为软件进行模拟分析。图为FLUX 3DFLUX 3D软件模拟的磁密软件模拟的磁密度。度。3.4.2.3 3.4.2.3 冷却系统冷却系统 Lot5260 Lot5260型变压器的冷却方式为强迫导向油循环风冷方式型变压器的冷却方式为强迫导向油循环风冷方式。冷却系统主要由以下部件构成：冷却系统主要由以下部件构成： 散热器散热器散热功率：散热功率：360KW360KW气流量：气流量：5.83kg/s5.83kg/s进气温度：进气温度：45 45 C

30、 C 排气温度：排气温度：108.5 108.5 C C 风扇风扇转速：转速：2900r/min2900r/min输入功率：输入功率：2x8.6KW2x8.6KW 油泵油泵油流量：油流量：2x750 L/min2x750 L/min输入功率：输入功率：2x3.3KW2x3.3KW冷却系统原理冷却系统原理油泵油泵冷却液冷却液-MIDEL7131-MIDEL7131 MIDEL 7131 MIDEL 7131变压器油的燃点高达变压器油的燃点高达322322摄氏度（自燃温度摄氏度（自燃温度为为435435摄氏度），因此被划为摄氏度），因此被划为K K类液体，（根据类液体，（根据IEC 61100IE

31、C 61100，燃点高于燃点高于300300摄氏度）。并且由于比热和导热率很高，造成摄氏度）。并且由于比热和导热率很高，造成的加热速率低，使得该产品具有显著的抗引燃性。的加热速率低，使得该产品具有显著的抗引燃性。 MIDEL 7131 MIDEL 7131基本上不对环境造成危害，并且有很好的生基本上不对环境造成危害，并且有很好的生物降解性，所以在各个方面都要优于硅油和矿物油。物降解性，所以在各个方面都要优于硅油和矿物油。 冷却液的总重为冷却液的总重为850Kg850Kg。3.4.2.4 3.4.2.4 其他附件其他附件 变压器需要将以下信号传输到变压器需要将以下信号传输到CLTCLT（Loca

32、l Control Local Control of Traction),of Traction),由由CLTCLT对变压器进行控制或者保护。对变压器进行控制或者保护。 冷却液温度冷却液温度 冷却液流量冷却液流量 冷却液液位冷却液液位 油箱内压力油箱内压力 一次绕组电流一次绕组电流 PT100 PT100温度传感器温度传感器 吸湿器吸湿器 温度计温度计油流显示油流显示 高压绝缘套管高压绝缘套管EMC screenAnalogue signalsLogical signalsFans and pumps HartingHarting 接线盒接线盒 电流互感器电流互感器 二次侧输出端子二次侧输出端子 3.4.3 3.4.3 主要参数主要参数 3.4.3.1变压器的概括性数据变压器的概括性数据 名称： LOT 5260 变压器类型：层级绕组，绝缘等级F 冷却类型： KDAF 冷却剂：酯油 导体绝缘： Nomex / H 级 环境温度：最低 25c ，最高+ 45 c 存放温度： - 40C to + 80C 使用温度： - 25c to + 45c