文档介绍：节能型卷铁心牵引变压器结构及性能分析-机械制造论文节能型卷铁心牵引变压器结构及性能分析 王冬梅宋慧欣(国网冀北电力有限公司技能培训中心,河北保定071000)【摘要】节能型卷铁心牵引变压器较普通牵引变压器有明显的性能优势,文章详细介绍了节能型牵引变压器的结构特点和性能,并对其应用及发展前景进行分析。关键词 节能型;卷铁心;空载损耗;磁路0 引言随着交流传动技术不断发展,机车功率逐步增大,牵引变压器也呈现大容量化发展趋势。然而,我国电气化铁路牵引负荷利用率较低,据铁道部门实际记载,单线电气化铁路空载运行时间时常高达40%~50%[1],因而牵引变压器空载损耗变得越来越不容忽视,对牵引变压器的节能研究也越发受到重视。2014年11月底,由西南交通大学高仕斌教授主持研制的世界上首台220kV超低损耗卷铁心节能型牵引变压器研制成功,这对于铁路供电系统的节能减排工作具有重大意义。1 节能型牵引变压器结构卷铁心是由若干根一定形状的硅钢片连续卷绕而成,卷绕紧密,整个磁路中没有气隙,且连续卷绕充分利用了硅钢片的取向性,相比于传统变压器的叠铁心结构,空载损耗可以降低20%~35%。文章所提及的节能型卷铁心牵引变压器为V/X接线方式,由两台单相三绕组变压器构成,下面对其铁心和绕组结构进行介绍。 铁心材料及结构变压器的铁心一般由硅钢片组成,硅钢片按照加工方法不同可以分为冷轧硅钢片和热轧硅钢片,与热轧硅钢片相比,冷轧硅钢片的性能优势更为明显,主要体现在以下几个方面:(1)磁饱和点较高,;(2)在相同磁通密度及相同频率下,单位损耗小;(3)硅钢片的材质硬度高;(4)方向性强,当磁力线的方向与硅钢片的轧制方向一致时,损耗最小;所以采用冷轧硅钢片,既可以满足对电阻率的要求,同时可以降低损耗。一般的单相卷铁心可以分为双框式和单框式两种结构[2],本文介绍的卷铁心变压器采用单框式结构,其铁心结构及绕组排列方案如图1所示。该方案由两个单独卷绕的半铁心拼接而成,中间放置油道。对于高压绕组,选择采用两部分并联结构。图1 单框式卷铁心结构示意图这种结构形式,由于高压线圈并联,相间等电位或电位差很小,留够机械距离和绕制裕度即可;线圈分布在两个柱上,热源分散,更利于散热;低压内撑条可靠支撑,抗短路能力强。但线圈绕制工作量大,引线接线较复杂;铁心外轮廓表面是球面,绝缘件及垫块制作困难,必要时需采取浇注手段。 绕组排列方案为使列车运行时大部分牵引电流沿馈电线而不是沿轨道和地返回牵引变电所,并降低对邻近通讯线路的干扰,V/X接线牵引变压器短路阻抗匹配应满足以下要求:Z21=Z31(1)(3Z21+Z31-Z23-1)/(2)式中,Z23-1为一次侧短路后从二、三次侧绕组串联回路两端看到的阻抗;Z21为一次侧短路后从二次侧(牵引绕组)看到的阻抗;Z31为一次侧短路后从三次侧(馈电绕组)看到的阻抗。为满足式(1),采用交错配置牵引绕制和馈电绕组,做到结构上的对称,如图2所示方案,图中F对应馈电绕组,T对应牵引绕组。对于式(2),容量较大的V/X牵引变压器比较容易满足,而对容量相对较小的牵引变压器(如容量在10MVA~16MVA区间内)则不容易满足,这时需通过减小绕组匝数、增大铁心直径的方法来实现[3]。图2 单框式绕组排列示意图2 节能型牵引变压器性能分析节能型卷铁