2.3.1　CRH1型动车组主变压器

CRH1型动车组安装有3台主变压器，分别位于Tp1车、Tb车和Tp2车的底架上，向所有电机变流器模块提供电流。采用心式结构、车体下吊挂、强迫油循环风冷方式。具有1个原边绕组（25kV，1600kV·A）、4个牵引绕组（930V，4×400kV·A），1个滤波器谐振电抗器（1000V）。外形尺寸（L×W×H）为3900mm×2200mm×730mm，质量4300kg。外形如图2.16所示。

主变压器的主要技术参数见表2.1。

续上表

主变压器是交-直-交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高压电降为列车各电路所需的电压。

CRH1型动车组中主变压器的功能是：由Tp1，Tp2和Tb车的车顶上的25kV系统向主变压器供电；在Tp1和Tp2车上的主变压器将向两个主变流器箱供电；在Tb车的主变压器将向一个主变流器供电。另外车体上主变压器的旁边安装了HV控制箱，对主变压器进行状态监测和控制。此外还有接地变压器，用来抑制电网过电压，限制单相短路电流。

1.主变压器的主电路及结构组成

主变压器总电路图如图2.17所示，包括：1个原边绕组、4个牵引绕组和1个高压（即网侧）滤波器绕组。主变压器把接触网高电压变为适用于牵引系统和高压滤波器的电压。高压滤波器由1个绕组供电，这个绕组装有保险丝和RC滤波器，其作用是吸收瞬时高电压。在主变压器下面有1个接地变压器，为电力回流提供了1条通道，防止回流电流通过轮对轴承，同时对主变压器内部的油泵、冷却风扇及变压器内部不同区域温度、流量、压力、液位参数进行了监控。

主变压器采用矿物油作为冷却剂进行循环冷却，冷却系统如图2.18所示。变压器内的油受热膨胀后进入膨胀罐，膨胀罐中的热油被泵入热交换器进行（有2个空气-油热交换器）强迫空气冷却，再经过回油管返回到变压器箱。热交换器与过滤器和风扇一起位于冷却装置中，1台风扇电机驱动2个风扇轮，用于2台热交换器，风扇吸入通过热交换器过滤的外部空气。风扇电机由接触器控制，有低速/高速两挡运行模式，由电机保护断路器保护。

动车组主变压器除了与普通机车主变压器一样，具有体积小、质量轻、绕组多、用铜多、电压波动范围大、负载变化大、耐振动等特点之外，动车组的主变压器与动力集中式电力机车的主变压器相比，为减轻轴重，质量要更轻，体积要更小，功率也较小。

（1）器身

器身由铁芯、绕组（线圈）、器身绝缘和引线装置等组成。

①铁芯

铁芯的作用是构成变压器的闭合磁路，同时也是支撑绕组及引线装置的机械骨架。必须具有良好的导磁性能和足够的机械稳定性。铁芯由心柱、铁轭和夹紧装置组成。心柱和铁轭均采用高磁导率的冷轧电工钢片叠装而成。

CRH1型动车组主变压器的铁芯结构采用心式，高低绕组同心地套装在心柱上。心式铁芯结构简单，并具有绕组装配及绝缘处理比较容易，短路时机械特性稳定性好等优点，是目前应用最广泛的结构形式。

为防止产生悬浮电位造成对地放电，安装时铁芯及其他所有金属构件都必须可靠接地。整个铁芯只允许一点接地。如果有两点或两点以上接地，则接地点之间可能形成闭合回路，造成铁芯局部过热。

②绕组

绕组是主变压器最关键的部件，为了保证变压器运行可靠，变压器绕组必须具有足够的电气强度、耐热强度、机械强度和良好的散热条件，使变压器既能在额定条件下长期使用，又能经受住过渡过程中（如短路、雷击、操作等）产生的过电压、过电流以及相应的电磁力作用，不致发生绝缘击穿、过热、变形或损坏。

单相心式变压器的每个绕组都是由分别布置在两个心柱上的两个绕组并联或串联而成。绕组由纸包扁铜线和绝缘体组成，绝缘体构成绕组的主绝缘体的纵绝缘，使绕组固定在一定位置上，并形成冷却油道。绕组的结构形式有圆筒式绕组、螺旋式绕组、连续式绕组、双饼式绕组等。

③器身绝缘和引线装置

油浸式变压器的内部绝缘分为主绝缘和纵绝缘两类，主绝缘是指绕组（或引线）对地及对其他绕组（或引线）之间的绝缘；纵绝缘则指同一绕组不同部位之间的绝缘。绝缘结构尺寸，特别是主绝缘尺寸将直接影响变压器的质量和外形尺寸，以及阻抗电压、损耗等性能数据。

应当指出，变压器的内部绝缘强度在很大程度上与器身的工艺处理有关，例如：固体绝缘材料被油浸透的程度；绝缘干燥程度；绝缘结构中存在空气的多少；器身的清洁度以及变压器油的净化脱气程度等。因此，主变压器的器身在组装完成后，应进行真空干燥处理。器身进油箱前要用干净的变压器油冲洗干净。

绕组引线均用裸铜排制成，引线与绕组出头的焊接采用电阻焊接。由于铜是加速变压器油氧化的催化剂，故引线表面要覆盖一层绝缘漆作保护层。所有绕组引线均通过引线支架固定在器身上。

（2）油箱

油箱是油浸式主变压器的外壳，变压器的器身就放在充满冷却油的油箱内。对油箱的基本要求是：

①在保证内部必要的绝缘距离条件下，尽可能减小体积，以节约用油。

②应具有必要的真空强度，以便在检修时能利用油箱进行真空干燥。

③油箱外部各种附件的布置应便于安装和维护。

油箱分为上油箱和下油箱。下油箱安装变压器的器身，上油箱可以安装储油柜，还装有油温度传感器。油箱壁上装有压力释放阀，以便迅速排出箱内过高的压力。另外，在箱壁还开有冷却系统的进出口管道，油冷却器就安装或固定在箱壁上。油箱上装有油管，用于接通油路。

油箱壁上还装有各绕组引线用的各种绝缘套管，包括原边高压线圈、牵引线圈和滤波线圈的套管。牵引绕组的套管中通过的电流可高达1000A。由于大电流穿过箱盖时，在套管安装孔周围会产生很强的交变磁通，从而在周围钢板内产生相当大的涡流，引起局部过热，因此在套管安装孔周围必须采取隔磁措施。有的主变压器的箱盖上套管孔旁边均开槽，并嵌焊不锈钢板如1Cr18Ni9，这种不锈钢是低导磁材料，就是为了使箱盖上的交变磁通显著减少，避免出现局部过热。

油箱壁上焊有安装板，安装板上有安装孔，用螺栓通过橡胶垫把变压器固定在车体上。

箱底的钢板上设置多个定位钉，以对变压器等进行定位。

（3）保护装置

变压器油是从石油中提炼出来的优质矿物油。在油浸式变压器中，变压器油既是一种绝缘介质，又是一种冷却介质。对变压器油的要求是：绝缘强度高、黏度低、闪点高、凝固点低、酸值低、灰粉等杂质及水分少。变压器油中只要含少量水分和杂质就会使绝缘强度大为降低（含0.004％水分时绝缘强度降低约50％）。此外，变压器油在较高温度下长期与空气中的氧接触时会逐渐老化，在油中生成不传热的悬浮物，堵塞油道，并使酸值增加，绝缘强度降低，这对变压器的安全运行是十分不利的。

还必须注意：不同产地或不同牌号的变压器油通常不能混用，这是因为变压器油的牌号是以凝固点的温度值命名的，不同牌号的变压器油混用后，对油的黏度、闪点、凝固点等都有一定影响，会加速油的老化。混合使用时，首先必须测量油的凝固点，若相近方可混合使用。

为了减缓变压器油受潮或老化的程度，使油能较长久地保持良好状态，主变压器上设置了下列几种保护装置：

①储油柜

储油柜又称油枕，安装在箱盖的上方。主变压器的储油柜的容量应满足变压器在高温持续运行时，油不溢出储油柜；在低温且变压器不工作时，储油柜中应有油。

②油位表

储油柜侧壁设有玻璃管油位表，玻璃管中有一个空心红色玻璃球，用于指示油位。油位表旁标有环境温度，分别为+40℃、+20℃、-30℃时，且变压器工作时储油柜内变压器油应具有的油位刻度。此外HV控制箱的DI端口还对BSP主变压器的油位进行检测，分为油位不低和油位不是太低两个挡。

③吸湿器

吸湿器又称空气干燥器，它的主要用途是使空气干燥和滤除杂质。一般内部的变色硅胶等干燥剂，有2/3的硅胶呈粉红色时，需要定期更换。

④油温传感器

油温传感器用来测量和监视主变压器上层油温。油温的测量采用2个PT100铂电阻，放在油箱侧壁上部的两个不同的位置。若变压器油温超过允许范围，由HV控制箱的AI端口检测油温1和油温2，然后通过MVB总线将数据向上传输。

⑤油流传感器

油流传感器，又称油流继电器，用来监视变压器油循环状态是否正常。当油流正常时，变压器油进入探头，靠油的流动压力作用于微动开关，推动触头使常闭触头打开，给出一个油流正常的信号，显示正常。它的输出是一个开关量，由HV控制箱的控制板的DI接口对油流是否正常进行检测。

⑥压力释放阀

由于变压器采用全密封结构，压力释放阀装在油箱壁上。变压器在运行中，因外电路或变压器内部有故障，出现很大的短路电流时，过高的热量使变压器油迅速气化，变压器内部压力升高。为防止变压器事故扩大，造成油箱薄弱环节破裂和变形，安装了压力释放阀。当压力增加到动作压力时，压力释放阀动作，将油箱中的压力释放出来，喷出的油流被轨基道砟迅速吸收，不致酿成火灾；当压力低到关闭压力时，压力释放阀关闭，这时油箱中仍保持着正压，确保外部的空气、灰尘等不进入变压器油箱中。当恢复正常时，阀口关闭。CRH1型动车组主变压器选50T型压力释放阀，有一个开关。HV控制箱的DI接口对油压进行检测，以确定是否有过高的油压力。

（4）冷却系统

主变压器运行中产生的所有损耗将转变为热能，使各部件的温度升高，当主变压器温升超过规定的限值，将使绝缘损坏，直接影响主变压器的使用寿命（20～30年）。因此，主变压器必须具有相应的散热能力。CRH1型动车组主变压器在保证内部散热能力良好的同时，其外部冷却采用了油循环强迫风冷式冷却系统。冷却系统完成变压器的散热。

热油从上油箱出来，经过油流继电器，进入油泵的进油口，然后进入冷却器，热油在冷却器内被风机吹风冷却，从冷却器内出来的冷油沿油道，进入下油箱（原边高压引线端），冷却变压器铁芯与线圈后，流到上油箱。如此循环，就可以实现变压器油与冷却空气进行热交换，保证变压器的散热。

冷却器由风机、过渡风道及复合型冷却器等组成。HV控制箱由控制板的DI口检测冷却风机的运转情况，包括变压器冷却风机是否在低速或高速运转这两种状态。

（5）出线装置

主变压器各绕组的引线从油箱内引至油箱外时，必须采用出线装置，又称套管，以便使带电的导线与接地的油箱绝缘。主变压器的出线装置多数采用复合瓷绝缘套板。

此外，主变压器还有接地变压器箱，可以与接地变压器相连，用来防止单相对地短路电流、抑制电弧过电压，保护电网。

在变压器的滤波器线圈经过保险丝与HV控制箱相连，HV控制箱可以检测网侧电压、电流的状态。

HV控制箱还对变压器油泵是否工作的开关量进行检测，由控制板的DI端口输入，HV将把变压器相关的这些数据都通过MVB总线，传输给TCMS。

2.主变压器的维护与检修

为了使主变压器处于良好的工作状态，必须对主变压器进行日常的维护和定期检修，以减少或避免主变压器在运行过程中发生故障及不必要的临时检修，从而保证主变压器安全可靠运行。

（1）主变压器必须保持正常的油量，以保证良好的冷却作用和绝缘性能。油量不足时，必须及时补足合格的同号变压器油。

（2）定时检查和校验测量油温用的温度计，以保证指示准确。

（3）经常检查油的温度，正常运行时，主变压器上层油温应不大于95℃，绕组平均温度不得大于105℃（环境温度为+40℃）。

（4）主变压器刚开始投入运行、长期停运或检修后投入运行时，必须仔细检查它的外部状态，并对主变压器的各绕组及变压器油进行绝缘强度试验，确认合格后，方可投入运行。

（5）加强对变压器油的保养。若变压器不净或老化，将严重威胁变压器的安全运行。若变压器制造厂过滤不净或在使用中由于油泵烧损、轴承磨损、泵轮转子铁芯松动等原因都可能使变压器油内混入金属碎片和产生游离，使油变污；变压器油经长期使用后，也会发生老化析出酸和油泥，因此在下列情况下，变压器必须进行滤油处理，以提高变压器的质量。

①变压器油泵烧损修复后；②烧损油泵时；③运行多年而未经滤油的；④主变压器中修时；⑤闪点下降及发生其他情况认为需要滤油时。

（6）定期检查吸湿器中的干燥剂，观察是否变色。硅胶在干燥时呈蓝色，吸收潮气后呈粉红色。因此当硅胶成粉红色时，需要进行干燥或更换。受潮的硅胶在140℃温度下焙烘约8h（或在300℃温度下焙烘约2h）后，便可以完全变成蓝色。