CRH6F城際動(dòng)車組牽引變壓器研制

吳勇，胡貴，龍谷宗

摘 要：CRH6F型城際動(dòng)車組是為滿足中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市群崛起對(duì)城際軌道交通的需求而研制的一種新型運(yùn)輸工具，它的成功研制填補(bǔ)了中國軌道交通客運(yùn)裝備領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。CRH6F城際動(dòng)車組為城際鐵路“量身打造”，有“鐵路公交”、“都市圈里的快捷使者”之稱。它基于先進(jìn)的高速動(dòng)車組技術(shù)打造，并融合了城軌車輛技術(shù)，兼具兩者的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅速度快，載客容量大，還能實(shí)現(xiàn)快起快停和快速乘降，特別適應(yīng)城際鐵路的“快速、大運(yùn)量、密集停站”等公交化運(yùn)營需求。目前珠三角、長三角、長株潭等地區(qū)開行的城際動(dòng)車組均采用CRH6F技術(shù)平臺(tái)。文章闡述了CRH6F城際動(dòng)車組用牽引變壓器的主要技術(shù)參數(shù)、主要結(jié)構(gòu)，并對(duì)其設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：城際動(dòng)車組；牽引變壓器；殼式

中圖分類號(hào)：U266 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）06-0042-02

Abstract： CRH6F type intercity EMU is a new type of transportation tool developed to meet the rapid development of regional economy and the rise of urban agglomeration to meet the demand of intercity rail transit. Its successful development has filled a gap in the field of railway passenger transport equipment in China. CRH6F Intercity EMU is "tailor-made" for the inter-city railway， and enjoys the names "public transport on railway" and "the rapid messenger in the city". It is based on the advanced high speed EMU technology， and in combination with the urban rail vehicle technology， the technical advantages of both are not only fast speed and large passenger capacity， but also the ability to achieve quick start and stop and rapid passenger landing， and to meet the inter-city railway's needs of "rapid， large volume， dense stop" and other public transport operation needs. At present， in the inter-city EMU operating in the Pearl River Delta， the Yangtze River Delta， and the CZT Pilot Zone， the CRH6F technology platform is applied. In this paper， the main technical parameters and main structure of traction transformer for CRH6F intercity EMU are described， and its design features are explained.

Keywords： intercity EMU； traction transformer； shell type

1 概述

CRH6F城際動(dòng)車組由中車四方股份公司研制，運(yùn)營速度160km/h，8輛編組，4M4T，其中牽引變壓器由中車株洲電機(jī)有限公司研制，本文對(duì)牽引變壓器的技術(shù)參數(shù)，結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)等進(jìn)行了說明。

2 牽引變壓器技術(shù)參數(shù)

運(yùn)用條件：海拔高度 ≤1500m；

標(biāo)稱公稱接觸網(wǎng)電壓 25kV；

環(huán)境溫度 -25℃至+40℃；

地震烈度：最高動(dòng)峰值加速度0.3g；

最大風(fēng)速：不大于30m/s；

安裝方式： 車體下吊掛式；

冷卻方式：油循環(huán)風(fēng)冷方式（KDAF）；

額定容量：

高壓容量 1385 kVA

牽引容量 692.5×2 kVA

額定電壓：

高壓電壓 25000V

牽引電壓 970V

額定電流：

高壓電流 55.4A

牽引電流 714A

額定頻率：50Hz

漏電感：高壓對(duì)牽引繞組1.19mH（±10%）

空載電流：0.34%

空載損耗：900W

負(fù)載損耗：35kW

總重量（含冷卻系統(tǒng)）： 2600kg

鐵心、線圈、引線、油箱外形尺寸要求：2580mm×2200mm×834mm

電氣接線原理圖1如下：

3 主要結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

牽引變壓器采用單相、無壓全密封、殼式變壓器結(jié)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)與變壓器本體一體化安裝。牽引變壓器主要由鐵心、線圈、油箱、油、儲(chǔ)油柜、冷卻系統(tǒng)及外部保護(hù)配件等附件組成。外形如圖2所示。

1.油箱；2.牽引出線箱；3.通風(fēng)機(jī)；4.風(fēng)道；5.散熱器；6.油流繼電器；7. 油泵；8溫度繼電器；9.壓力釋放閥；10.高壓端子及保護(hù)罩；11.儲(chǔ)油柜

（1）總體結(jié)構(gòu)。油浸式變壓器按結(jié)構(gòu)主要分為心式變壓器和殼式變壓器兩種。CRH6F城際動(dòng)車組牽引變壓器采用殼式結(jié)構(gòu)，而我國及國外絕大多數(shù)變壓器廠生產(chǎn)的變壓器為心式變壓器，殼式變壓器采用適形油箱，油箱與線圈的器身間隙小，油量相對(duì)較少，但是制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，手工操作多。CRH6F城際動(dòng)車組牽引變壓器采用全密封結(jié)構(gòu)，變壓器油不與空氣直接接觸，具有免維護(hù)或少維護(hù)的特點(diǎn)。

（2）鐵心。殼式變壓器的繞組被鐵心包圍，而心式變壓器的繞組包圍鐵心。鐵心結(jié)構(gòu)相對(duì)于心式變壓器簡單。鐵心水平放置，鐵心柱的截面積為矩形，鐵心片的寬度只有一種，便于鐵心的剪切。鐵心片材質(zhì)采用高導(dǎo)磁的硅鋼片，具有振動(dòng)小、噪聲低等特點(diǎn)。

（3）線圈。線圈由高壓線圈和牽引線圈組成。為了降低重量，兩種線圈均采用鋁導(dǎo)體。繞組為矩形結(jié)構(gòu)，繞組的線餅數(shù)較少，每餅匝數(shù)較多，線餅的面積大。導(dǎo)體線與線之間采用膠粘貼在一起，承受短路電動(dòng)力強(qiáng)。繞組中采用多種異形絕緣成型件，需要多種絕緣件加工設(shè)備和絕緣件熱壓成形設(shè)備。

（4）油箱。油箱采用適形的油箱，分為上、下油箱兩個(gè)部分，采用鋼板焊接而成，箱壁采用3.2mm厚高強(qiáng)度鋼板。

（5）變壓器油。變壓器油主要是絕緣和冷卻的作用，本變壓器采用二甲基硅油。最大特點(diǎn)為無毒、不燃、凝點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)是粘度大、易吸水。硅油具有很高的耐高溫能力，燃點(diǎn)達(dá)到400℃，同時(shí)硅油燃燒時(shí)放熱的速度大大低于烴類油，當(dāng)燃燒時(shí)在液體上部形成一層二氧化硅覆蓋物，減少了氧氣與液體的接觸，使火自動(dòng)熄滅。

（6）儲(chǔ)油柜。該變壓器的儲(chǔ)油柜設(shè)置在油箱頂部，采用波紋式儲(chǔ)油柜的模式，波紋膨脹器內(nèi)部有變壓器油，外部與空氣相通，波紋膨脹器的體積隨油體積的變化而變化，其外殼只是保護(hù)內(nèi)部的波紋膨脹器。

（7）保護(hù)裝置。該變壓器具有油壓、油流、油溫等異常條件下的保護(hù)功能。設(shè)置壓力釋放閥，用來監(jiān)控變壓器內(nèi)部的壓力，當(dāng)變壓器故障工況下內(nèi)部壓力過大時(shí)，壓力釋放閥動(dòng)作釋放壓力，避免變壓器的故障擴(kuò)大。設(shè)置油流繼電器，用來監(jiān)控變壓器油的流量，為開關(guān)信號(hào)。當(dāng)油流停止或異常時(shí)，將油流繼電器的開關(guān)打開，反饋異常信號(hào)到司機(jī)室。設(shè)置溫度繼電器，用來監(jiān)控變壓器的油溫度。當(dāng)變壓器的油溫超過報(bào)警值時(shí)，溫度繼電器動(dòng)作，此時(shí)接點(diǎn)閉合，車上司機(jī)室的指示燈點(diǎn)亮。

（8）冷卻系統(tǒng)。變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的所有損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使各部件的溫度升高，?dāng)主變壓器溫升超過規(guī)定的限值，將加速絕緣老化甚至損壞，直接影響主變壓器的使用壽命。變壓器在保證內(nèi)部散熱能力良好的同時(shí)，其外部冷卻采用了油循環(huán)風(fēng)冷卻方式。冷卻系統(tǒng)完成變壓器的散熱，冷卻回路見圖4。

主變壓器冷卻系統(tǒng)主要由油冷卻器、電動(dòng)油泵、電動(dòng)送風(fēng)機(jī)、風(fēng)道等部件組成。電動(dòng)送風(fēng)機(jī)從車輛側(cè)面吸入冷卻風(fēng)，經(jīng)風(fēng)道送往油冷卻器，熱交換后的空氣從進(jìn)氣風(fēng)道對(duì)面的排氣風(fēng)道排出，絕緣油在油冷卻器冷卻后被送往變壓器。油在流經(jīng)繞組表面和鐵心側(cè)面時(shí)吸收熱量，吸收熱量后的油經(jīng)電動(dòng)送油泵再次送往油冷卻器進(jìn)行熱交換。

4 結(jié)束語

該變壓器于2012年設(shè)計(jì)成功，并裝車驗(yàn)證，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足整車技術(shù)規(guī)范要求。CRH6F城際動(dòng)車組牽引變壓器自投入運(yùn)用以來，運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)質(zhì)量故障，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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