本科毕业设计机车主变压器常见故障分析.docx
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本科毕业设计机车主变压器常见故障分析
山东职业学院
毕业设计（论文）
题目：
机车主变压器常见故障分析
系别：
专业：
班级：
学生姓名：
指导教师：
完成日期：
山东职业学院毕业设计任务书
班级
学生姓名
指导教师
设计题目
主要
研究
内容
电力机车主变压器结构、故障分析与研究
一、电力机车主变压器的特点。
二、电力机车主变压器故障分析与判断
主要技
术指标
或研究
目标
1.依据机车主变压器的基本结构
2.掌握处理故障的原则。
3.故障处理及事故抢修的过程及方法步骤。
4.应急处理方案等
基本
要求
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
[1]郭永年电工与电气设备水利电力出版社1995.5
[2]顾绳谷电机及拖动基础机械工业出版社2003.12
[3]董其国红外诊断技术在电力设备中的应用[M]北京机械工业出版社，1998.
[4]吉锋中国科技文库电工技术一种变压器自动灭火系统科技文献出版社1998
[5]马振良，肖信昌，何雨祥变电站值班员中国电力出版社2002.4
山东职业学院毕业设计（论文）评审表
班级：
姓名：
学号：
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。
20
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。
20
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。
20
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。
10
成绩
100
论文评语：
指导教师签名：
评阅教师签名：
年月日
山东职业学院毕业设计（论文）答辩记录及总成绩
（答辩小组用）
班级：
姓名：
学号：
答辩题目
对学生回答问题的评语
正确
基本
正确
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
指导教师评分
评阅人评分
答辩评分
论文
总成绩
系毕业设计（论文）领导小组审核意见：
小组组长签名：
年月日
注：
毕业设计（论文）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
近年来，由于经济的快速发展和我国的资源分布不均等特殊条件，铁路运输以其运量大，经济等显著特点在国民经济中占有重要地位，在各种运输方式中起到不可替代的作用。
为了提高运输效率，巩固和提高市场占有率，铁路部门在大刀阔斧的进行机构、制度改革的同时，也在不断进行技术革新。
大力发展高速铁路和重载铁路，在货物运输车辆技术方面，不断完善铁路货车构造，运用新技术，新材料，在保证安全的前提下，进一步提高了货车的载重和速度。
机车变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务。
变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。
关键词：
机车变压器；结构，原理，故障分析；处理
目录
第一章绪论
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。
主变压器又称为牵引变压器，它是交-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SS7E型电力机车用JDFP3-9180/25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。
第二章主变压器作用及技术要求
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高压电变换为供给牵引电动机及其它电机、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。
主要技术参数
额定容量、电压、电流（见表2.1）
表2.1额定容量、电压、电流
绕组名称
网侧
牵引
取暖
励磁
辅助
端子代
AX
a1b1x1，a3x3
a2a2x2，a4x4
a8x8
a9x9
a5x5
a6x6
a7x7
b7x7
额定容量kVA
9180
4×1905.4
2×582
2×36
320
12
额定电压V
25000
2×337.8
+675.6
2×872.7
168.9
337.8
225.2
额定电流A
367.2
2820
667
213.1
947
53.5
额定频率…………………………………………………………………………50Hz
工作电压范围：
最低………………………………………………………………………………19kV
最高………………………………………………………………………………29kV
额定阻抗电压（归算到二次侧）（见表2.2）
表2.2额定分接的阻抗电压（归算到二次侧额定电流）
线圈组合
阻抗电压
线圈组合
阻抗电压
网侧-牵引
AX-a1x1
15.7%
AX-a8x8
10.08%
AX-a2x2
15.9%
网侧-取暖
AX-a9x9
11.01%
AX-a3x3
16.9%
AX-a8x8+a9x9
11.98%
AX-a4x4
16.8%
网侧-励磁
AX-a5x5
1.049%
AX-a1x1+a3x3
9.8%
AX-a6x6
1.071%
AX-a2x2+a4x4
9.8%
网侧-辅助
AX-a7X7
3.355%
AX-a1x1+a2x2+a3x3+a4x4
18.2%
空载电流………………………………………………………………………0.394％
空载损耗…………………………………………………………………………4.2kW
负载损耗（75℃）……………………………………………………………………128kW
总损耗（75℃）……………………………………………………………………132.2kW
冷却方式…………………………………………强迫导向油循环吹风冷却（ODAF）
第三章主变压器
3.1主变压器的主要结构
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。
3.2主变压器主要部分的具体结构
3.2.1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。
3.2.2铁心
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，铁心截面积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。
3.2.3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。
图2.1主变压器铁心图
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
20
每饼匝数
27
28
3
3
3+3
2
4
15.5
15.5
导体尺寸
2（3.15×4.75）
2.5×250
1×250
1×250
9（
）
绝缘厚度
1.28
1.12
0.58
0.58
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。
（2）牵引线圈采用2.5mm厚铜板，每饼线圈都为3匝，匝绝缘采用1层0.18mm厚NOMEX纸板加2层0.2mm厚纸板。
（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。
（4）励磁线圈只有一个线饼，但分为两部分，一部分为a5x5,一部分分为a6x6,各是3匝，由1mm铜板焊接而成，匝绝缘采用1层0.18mm厚NOMEX纸板加2层0.2mm厚纸板。
（5）辅助线圈由2个线饼组成。
一个线饼为2匝，一个线饼为4匝，也是由1mm铜板焊接而成，匝绝缘采用1层0.18mm厚NOMEX纸板加2层0.2mm厚纸板。
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。
如图2.2所示。
图2.2绝缘件
a）低压∪形直槽板（外粘垫块）；b）高压∪形直槽板（内粘垫块）；c）∪形外弯板；
d）∪形内弯板；e）L形直角板；f）L形圆角板；g）带油道割板（有A、B两种）。
3.2.4冷却系统
JDFP2-7700/25型主变压器采用强迫油循环风冷（ODAF），冷却系统见图2.3所示。
其附属装置主要有：
图2.3主变压器冷却系统图
1．潜油泵（B80-20/11B-SS11）主要技术参数
供电电源……………………………………………辅助逆变电源，三相50±1Hz
额定功率…………………………………………………………………………11kW
额定电流………………………………………………………………………22.6A
额定电压…………………………………………………………………………380V
额定电流………………………………………………………………………22.6A
转速………………………………………………………………………2920r.p.m
流量……………………………………………………………………………80m3/h
扬程……………………………………………………………………………200kPa
2．全铝合金板翅式冷却器（STD-SS11）主要技术参数
热交换功率……………………………………………………………………260kW
循环油量………………………………………………………………………80m3/h
入口油温…………………………………………………………………………850C
空气侧压力损失…………………………………………………………≤1.275kPa
入口风温…………………………………………………………………………400C
油侧压力损失………………………………………………………………≤60kPa
3．风机，主要技术参数
额定功率………………………………………………………………………20kW
转速……………………………………………………………………1472r.p.m
风量…………………………………………………………………………375m3/h
全压…………………………………………………………………………2600Pa
风机噪声……………………………………………………………………≤96dB
3.2.5油保护装置
1．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。
2．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。
3．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。
4.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。
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。
6.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。
3.2.6引出线接头
1.25kV、300A高压套管为户外形，套管上部在车顶外，下部在变压器油箱内，其上套有高压电流互感器，如图2.4所示。
图2.4高压套管
2.低压端子，采用镀银铝排环氧浇注端子，如图2.5所示
图2.5环氧浇注端子
1）环氧浇注端子；2）镀银母线
3.2.7变压器油
主变压器油箱内充满变压器油。
变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。
JDFP2-7700/25型主变压器采用的是25号变压器油，重3350kg。
凝固点为-25℃。
运行中的变压器油耐压一般不应低于30kV。
第四章电力机车主变压器常见故障的分析及处理
4.1主变压器常见故障的分析
主变压器是电力机车牵引供电系统的核心设备,也是保证牵引供电系统安全稳定运行的关键设备。
本文列举近年来我厂主变压器在检修及运用中发生的一些典型故障,并根据故障情况和原因结合实际进行了分析,提出了解决方法和改进建议。
4.2主变压器漏油及处理方法
渗漏油故障是油浸式变压器的惯性故障之一,变压器渗漏油不仅影响变压器及相关设备的外观,还会污染机车内部电缆及设备,迫使变压器不得不停电检修,甚至危及行车安全。
因此,解决渗漏油问题是提高主变压器质量的关键项之一。
电力机车主变压器渗漏油的部位主要有连接部位、密封垫的交接面和箱体及附件焊接部位。
4.2.1渗漏油主要原因
主变压器的渗漏原因是多种多样的,主要表现在:
密封件的老化和密封件本身的产品质量不过关;焊接质量不良;安装工艺和安装操作不规范;铸件有砂眼以及设备结构不合理和制造问题等等。
4.2.2处理方法
针对密封垫渗漏,应先检查密封垫是否有龟裂、断裂等现象;同时检查紧固螺栓紧固是否良好、有无卡滞。
在SS4机车主变压器上,曾多次发现由于法兰与碟阀之间螺母选择不当致使影响密封垫无法压紧的情况。
如检查良好,先均匀紧固连接螺栓;紧固无效时,应更换密封圈并重新上胶密封。
结构不良或密封方法不合理的部件,如有些散热器、净油器联结法兰强度不够,在拧紧螺栓时引起了变形,应予以改造或更换;同时应注意密封处的压接平面要光洁平整。
针对裂纹及焊接质量不良造成的漏油,对存在的油污点,先用小扁铲或钢丝刷清理,再用汽油清洗并用绵丝擦净,观察并找到渗漏点的准确位置。
如无法用眼睛观察到,可以用粉笔涂抹在疑点,观察粉笔湿润状态,来确定准确渗漏点。
针对渗漏点,可采取补焊办法进行修复。
变压器油箱上部发现渗漏时,只须排出少量的油即可焊接处理;油箱下部发现渗漏时,由于吊芯放油浪费太大且受现场条件限制,可采用带油焊接处理。
带油补焊应在漏油不显著的情况下进行,一般禁止使用气焊。
焊接选用较细的焊条如422、425焊条为宜。
补焊时应将施焊部位的油迹清除干净,施焊过程中要注意防止穿透和着火。
施焊部位必须在油面200mm以下。
施焊时采用断续、快速点焊,燃弧时间应控制在10s一20s之内,绝对不允许长时间连续焊接。
补焊渗漏油较严重的孔隙时,可先用铁线等堵塞或铆后再施焊;在靠近密封橡胶垫圈或其它易损部件附近施焊时,应采取冷却和保护措施。
4.3散热器堵塞造成的油温升高故障及处理方法
除SS1、SS3和SS6机车主变压器外,其他机车主变压器均采用了铝制箱式散热器。
我厂检修的SS7系列电力机车从2006年开始,多次接到主变压器油温报警的质量信息,特别是西安机务段的SS7E机车变压器,有多台运行温度曾达到90℃。
4.3.1油温高主要原因
经过对故障变压器散热器研究与探讨查发现,原因主要有两方面。
一部分散热器由于风路翅片间隙设计较小（片间为矩形孔,规格为10.5mm×2.5mm）,散热片间堵塞严重,检查发现堵塞物主要是破裂的滤尘网,由于机车上盖安装的散热风道滤尘网强度不高,破裂后卡滞在散热片间,影响了散热器通风量;另一部分散热器的上部翅片大面积倒塌,堵塞了翅片之间的间隙,使散热器通风量减少,影响散热效果。
3.2处理方法我厂结合中修对原有滤尘网进行了改造加固,在原有的滤尘网上下加装了强度较高的钢制滤尘网,避免原滤尘网受力破裂;针对箱式散热器上侧倒塌的散热片,利用扁嘴钳将其修复垂直,保证通风顺畅。
此外,建议运用段定期对滤尘网进行清扫。
4.3.2通过直流电阻测量发现的器身问题
测量主变压器绕组直流电阻值是正常检修、例行试验等过程中的基本项目之一,也是发生故障之后的重要检查项目。
我厂在2006年7月对一台SS4主变压器进行中修正常检查时,测量其某绕组直流电组大于出厂标准值的30%,远超过了中修限度的5%。
随后进行吊芯检查,将器身从油箱中吊出后,经过检查,发现A柱与X柱绕组短接点外包绝缘有发黑现象;剥开外包绝缘,发现引出头焊接部位由于虚焊存在间隙,有轻微放电现象。
重新打磨处理进行焊接后,直流电组恢复正常。
此次故障的检出,进一步证实了测量主变压器直流电阻的必要性。
4.4感应耐压试验击穿故障及处理方法
主变压器的感应耐压试验是保证变压器质量标准的一项重要试验。
变压器绕组的匝间、层间、段间及相间绝缘的绝缘感应耐压试验,是变压器绝缘试验中的重要项目。
2006年我厂已有三台主变压器在做例行试验时,发生了感应耐压击穿故障。
4.4.1故障原因
我们通过对故障变压器高压绕组进行1.8kV的无油耐压试验,
找到了故障点及故障原因。
由于变压器外牵引绕组绕制及组装需要,在其绝缘筒上部圆周上钻有8个直径8mm的孔,组装完毕后用木楔填满并进行了涂漆处理。
由于部分填补处处理不当造成绝缘薄弱,而高压绕组首头部分与外牵引绕组电位差较大,长时间运行后绝缘老化,在此处发生了击穿现象。
4.4.2处理方法对绝缘筒缝隙处打磨处理,用环氧树脂对其进行填补,填补后涂绝缘漆;对烧损的铜线进行短接处理,焊接部位需做外包绝缘处理。
结语
变压器在运行当中容易出现一些异常现象，但只要我们平常工作认真、细致、
巡视设备一丝不苟，这些异常现象就能及时被发现，从而有针对性的采取措施，
预防事故的发生。
这不仅是我们的责任，同时也有效的降低生产成本，维护了
设备的安全运行，为整个电力系统的安全，乃至国民经济的健康发展做出自己
应有的贡献。
本次设计中我对变压器的各种故障和异常进行了分析，提出了处
理方法和预防措施，
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