基本介紹
- 中文名：機車牽引變壓器
- 外文名：traction transformer of locomotive
- 屬性：交流電力機車上的一個重要部件
- 工作原理：和普通電力變壓器相同
- 重要性：整個列車心臟，是列車動力的來源
- 運行環境特點：工作條件和工作環境是相當惡劣
簡介,運行環境特點,基本結構,鐵心,線圈繞組,油箱,油保護裝置,冷卻系統,套管,變壓器油,
簡介
電氣化鐵路運輸是當今世界技術最先進的、套用最廣泛的鐵路運輸方式。電力機車是電氣化鐵路的牽引動力設備。而電力機車牽引變壓器主變壓器則是機車上最重要的設備之一，其運行的安全可靠是關乎整個鐵路運輸的重要因素。
我國電氣化鐵路採用單相工頻供電系統，額定工作電壓為25KV，正常的工作電壓20~29KV，允許偏差+16%和-20%，接觸網提供的單相工頻25KV電源，通過受電弓接觸進入電力機車，電力機車牽引變壓器將此電壓降壓，多路輸出到牽引變流器主變流器、輔助變流器、勵磁電源、控制電源、旅客列車供電系統等其他用電設備。電力機車電動車組的牽引變壓器是電力牽引系統中電壓等級變換和電源分配的重要設備，也是電力機車電動車組中重量和體積最大、價格最貴的單台電器設備。可以說電力機車牽引變壓器就是整個列車心臟，是列車動力的來源，其運行狀況直接影響電氣化鐵路系統能否安全、高效的運營。
運行環境特點
由於機車牽引變壓器工作在電力機車特殊環境中，其具有一系列與一般電力變壓器運行環境所不同的特點，這必然會在電力機車牽引變壓器的實際工作中反映出來，造成電力機車牽引變壓器具有不同於普通變壓器的工作條件和特點。電力機車牽引變壓器的工作條件及特點，主要表現在以下幾個方面：
（1）經常受到機械衝擊和連續而強烈地機械振動；
（2）環境溫差較大，電力機車牽引變壓器長期處於機車高壓室內通風散熱條件極為有限；
（3）接觸網波動範圍比較大，牽引負荷變化也比較大；
（4）受大氣過電壓和操作過電壓的作用，同時低壓側有較高的短路機率；
（5）外型尺寸和重量有較嚴格限制，機車車體內安放電氣設備的空間極為有限，且機車內部存在大功率變流裝置和大功率電動機等，牽引變壓器處於強電磁環境中運行。
綜上所述，主變壓器的工作條件與普通電力變壓器截然不同，它的工作條件和工作環境是相當惡劣的。
此外，電力機車牽引變壓器運行條件特殊，接觸網電壓變化大。電力機車牽引電網額定工作電壓為25KV，正常工作電壓為20~29KV，允許偏差+16%和-20%，故障運行電壓為19KV。在實際運行中，接觸網首端電壓有時達到31KV，機車再生制動時，網壓可達到32KV。而電力變壓器網壓變化率只有
5%。與一般變壓器相比，主變壓器的饋電電壓變動範圍大;另外，饋電的分段處有電力中斷，同時還伴有相位變化，所以主變壓器常受到大的電衝擊。
機車運行時要求無流通過分相區，接觸網分相距離一般為20~40km。牽引變壓器要經常斷開和接通。當列車平均速度為80km/h時，機車主變壓器約15~30min投切一次。當列車平均速度為200km/h時，則10~20min就要投切一次。
基本結構
電力機車牽引變壓器的基本結構分為芯式和殼式兩種。芯式結構或殼式結構是指變壓器鐵芯與繞組的相對位置而言。在我國，芯式變壓器在套用上占有優勢，除SS7以外都是採用心式結構，SS7採用的是殼式結構。電力機車牽引變壓器的基本結構如下圖1所示。
圖1
圖1車型不同，各種繞組的配置也有所不同，但從總體結構上來看，牽引變壓器可以分為鐵心、繞組、油箱、油保護裝置、冷卻系統、套管、變壓器油等七大組成部分。
鐵心
芯式變壓器和殼式變壓器的區別在於：
圖2
圖2（1）芯式變壓器芯式變壓器的原、副繞組套裝在鐵心的兩個鐵心柱上，結構簡單，電力變壓器一般採用心式結構。
（2）殼式變壓器殼式變壓器的鐵心包圍繞組的上下和側面，製造複雜，小型乾式變壓器多採用這種結構。
圖2為殼式變壓器和心式變壓器的結構圖。
鐵心分為鐵心柱和鐵扼兩部分，鐵心柱上裝有繞組，鐵扼則主要是用於閉合磁路。我國的牽引變壓器鐵心柱採用11級階梯狀斷面，鐵扼則採用“T”型斷面，這樣可以降低高度。
線圈繞組
牽引變壓器的繞組分為高壓繞組和低壓繞組，高壓繞組只有一組，而低壓繞組有多組，按照功能可以分為牽引繞組、輔助繞組、勵磁繞組等。按照高、低壓繞組之間的相對位置，可以布置成同心式或交疊式兩類。同心式繞組指的是高、低壓繞組同心的套在鐵心柱上。而交疊式繞組通常被做成餅式，高、低壓繞組交疊的放置。同心式繞組按照其繞制方法的不同，又可以分為圓筒式、螺旋式和連續式等。
由於各種車型的性能側重點不同，所以各型號的牽引變壓器的各種繞組的繞制方法各有不同，例如SS8的高壓線圈採用的是連續式繞法，共有兩個高壓線圈，分別設定在A柱和X柱。兩個高壓線圈互相併聯。牽引線圈由於主電路採用不等分三段橋，所以被一分為二，一部分用於大橋，電壓為牽引總電壓的1/2，另一部則帶有中間抽頭，每一部分電壓為總電壓的1/4，其中大橋用牽引繞組採用雙螺旋式，小橋用牽引繞組採用雙餅式。輔助繞組也是採用雙餅式。勵磁繞組只安裝在X柱上，採用的是單層圓筒式繞法。
油箱
我國牽引變壓器的油箱一般都分為兩層，一層用以安放主變壓器，一層用以安裝其他電抗器設備。此外，在油箱上還裝有吊攀、活門、放油塞、壓力釋放閥、測溫桶等輔助裝置，方便變壓器的吊裝、油樣採集等操作。上油箱和下油箱之間都進行了隔磁處理，割斷漏磁的通路。
油保護裝置
（1）儲油櫃：儲油櫃主要作用是防止因變壓器油熱脹冷縮引起的變壓器油箱油壓過高或缺油，因此其容量應可以保證在變壓器最高工作溫度下，變壓器有不會溢出，在變壓器最低工作溫度下，儲油櫃中還有油。
（2）油位表：用於顯示變壓器殼體中的油量。
（3）吸濕器：通過管道與儲油箱的上部相連，對變壓器油箱中的空氣除濕，並且在變壓器油冷卻收縮的時候，保證注入儲油箱的空氣是乾燥的空氣。
（4）信號溫度計：常見的有WTZ-288和WTZK-02兩種型號，主要用於油溫測量，由測溫桶、金屬毛細管、彈簧等部件組成，信號溫度計還設有電接點，可以發出電信號，方便預警和控制。
（5）油流繼電器：常見的有YJ-100和YJ-100-A型，用以檢測變壓器內油循環是否正常。它還帶有一組常開和常閉接點，可用於實現潛油泵的控制以及油循環故障報警。
（6）壓力釋放閥：當變壓器出現故障，或者外部電路出現短路導致變壓器溫度過高時，會引起變壓器油汽化，壓力釋放閥的存在可以保護油箱不至於被膨脹的氣體脹破，從而導致變壓器油的泄漏，最終導致變壓器無法工作。
冷卻系統
韶山系列機車的冷卻系統由油路和風路系統組成，變壓器油在潛油泵的加壓下，由下向上流過主變壓器、電抗器、潛油泵、油流繼電器進入冷卻櫃，冷卻櫃放置在通風機的風道中，冷卻風由上往下吹過冷卻櫃，將變壓器油冷卻，冷卻後的變壓器油經管路回到主變壓器。
套管
套管的主要作用就是將變壓器的接線引出來，根據材料可以分為兩種，一種採用電瓷件為絕緣件，一種採用膠木板作為絕緣件，以膠木板為絕緣件的套管還可以由接線頭的個數分為二聯、三聯等。
變壓器油
變壓器油主要起絕緣和冷卻的作用。為無色無味粘稠狀液體。在使用一段時間後會發黃，絕緣係數下降，所以每次輕大修時，根據採樣測試的結果，有可能需要更換。
此外，為了減少整流電壓的脈動，改善電機的換向、提高機車的功率因數，減少電網諧波，降低供電所無功功率，電力機車根據不同型號的需求，還加裝了各種電抗器來實現上述功能。主要包括:平波電抗器、濾波電抗器、功率因數補償電抗器、磁場分流電抗器等。
