1、2.1 概述概述一、变压器基础知识一、变压器基础知识二、城市轨道交通供电系统干式变压器二、城市轨道交通供电系统干式变压器三、城市轨道交通牵引供电系统整流器三、城市轨道交通牵引供电系统整流器四、变压器的运行与维护四、变压器的运行与维护牵引供电系统：牵引供电系统：牵引变电所将三相高压交流电变成适合电牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电。馈电线再将牵引变电所的直流动车辆应用的低压直流电。馈电线再将牵引变电所的直流电送到接触网上，电动车辆通过其受流器与接触网的直接电送到接触网上，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能接触而获得电能低压供配电电系统：低压供配电电系统：提供
2、车站和区间各类照明、扶梯、风提供车站和区间各类照明、扶梯、风机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设备电源，由降压变电所和动力照明配电线路组成。备电源，由降压变电所和动力照明配电线路组成。 城市轨道交通城市轨道交通内部供电系统内部供电系统牵引供电系统牵引供电系统低压供配电电系统低压供配电电系统v城市轨道交通内部供电系统城市轨道交通内部供电系统城市轨道交通牵引供电系统构成示意图 高压供电系统高压供电系统城市电网城市电网牵引供电系统牵引供电系统牵引变电所牵引变电所回流线回流线馈线馈线接触网接触网轨道轨道主变电所主变电所三相交流三相交流直流
3、直流 牵引变电所是城市轨道交通牵引供电系统牵引变电所是城市轨道交通牵引供电系统的核心，它负担对电动列车直流电能的供的核心，它负担对电动列车直流电能的供应，它的站位设置，容量大小，需根据所应，它的站位设置，容量大小，需根据所采用的车辆形式、车流密度、列车编组，采用的车辆形式、车流密度、列车编组，经过牵引供电计算，经多方案比选确定。经过牵引供电计算，经多方案比选确定。牵引变电所有两种形式：户内式变电所和牵引变电所有两种形式：户内式变电所和户外式箱式变电所，前者适宜地下线路，户外式箱式变电所，前者适宜地下线路，后者适宜地面线路。后者适宜地面线路。牵引变电所的类型和原理牵引变电所的类型和原理牵引变电所
4、的电源一般来自电力系统的区牵引变电所的电源一般来自电力系统的区 域变电所，牵引变电所的任务就是将电力系域变电所，牵引变电所的任务就是将电力系统提供的三相工频交流电变为牵引所用的电统提供的三相工频交流电变为牵引所用的电能。根据牵引制式的不同，牵引变电所又分能。根据牵引制式的不同，牵引变电所又分为直流牵引变电所和交流牵引变电所。根据为直流牵引变电所和交流牵引变电所。根据不同的牵引制式，变电所内完成相应的变压、不同的牵引制式，变电所内完成相应的变压、变相、变流作用。目前我国的牵引变电所主变相、变流作用。目前我国的牵引变电所主要有电气化铁路的单相工频交流制牵引变电要有电气化铁路的单相工频交流制牵引变电
5、所和城市轨道交通系统（地铁、轻轨）的直所和城市轨道交通系统（地铁、轻轨）的直流牵引变电所。流牵引变电所。直流牵引变电所从双电源受电，经整流直流牵引变电所从双电源受电，经整流机组变压器降压，分相后，按一定整流机组变压器降压，分相后，按一定整流接线方式由大功率硅整流器把三相交流接线方式由大功率硅整流器把三相交流电变换为与直流牵引网相应电压等级的电变换为与直流牵引网相应电压等级的直流电，向电动车组供电。直流牵引变直流电，向电动车组供电。直流牵引变电所间距离仅几千米，一般不设分区所电所间距离仅几千米，一般不设分区所和开闭所。和开闭所。 在牵引变电所内通过整流变压器将AC35kV降到AC1180V，经整
6、流器转换成DC1500V向接触网供电。牵引变电所内，由整流变压器和整流器组成整流机组。整流机组介绍整流机组介绍8 直流供电盘馈电断路器接触网上网隔离开关变压器/整流器馈电线路整流变压器整流变压器/ /整流器连接图整流器连接图35kV断路器整流变压器整流柜直流断路器9 变压器是利用电磁感应定律把变压器是利用电磁感应定律把一种电压等级一种电压等级的交流电能转换的交流电能转换成同频率的成同频率的另一种电压等级另一种电压等级的交流电能。的交流电能。 变压器的主要部件是变压器的主要部件是铁芯铁芯和套在铁芯上的和套在铁芯上的两个两个绕组绕组。两绕组。两绕组只有磁耦合没电联系只有磁耦合没电联系。在。在一次侧
7、绕组中加上交变电压，产生一次侧绕组中加上交变电压，产生交链交链一、一、二次侧绕组的二次侧绕组的交变磁通交变磁通，在两绕组中分别感，在两绕组中分别感应电动势。应电动势。1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZdtdNedtdNe2211注注: :只要一、二只要一、二次侧绕组的匝数次侧绕组的匝数不同，就能达到不同，就能达到改变压的目的。改变压的目的。（一）变压器的工作原理（一）变压器的工作原理 简单地说简单地说: :变压器就是按照变压器就是按照“动电生磁，动磁生电动电生磁，动磁生电”的电磁的电磁感应原理制成的。感应原理制成的。 变压器在传递电能的过程中，一、二次侧的电功率基本相等。变压器在传递
8、电能的过程中，一、二次侧的电功率基本相等。当两侧电压不等时，两侧电流势必不等，高压侧的电流小，低压当两侧电压不等时，两侧电流势必不等，高压侧的电流小，低压侧的电流大，故变压器在改变电压的同时，也改变电流。侧的电流大，故变压器在改变电压的同时，也改变电流。KNNEEUU212121K为为变比变比 为了适应不同的为了适应不同的使用目的使用目的和和工作条件工作条件，变压器有许多类型，变压器有许多类型，且各种类型的变压器在且各种类型的变压器在结构上结构上、性能上性能上差异也很大。变压器有许差异也很大。变压器有许多分类方法。多分类方法。 1.1.按用途分：按用途分： (1)(1)电力变压器：电力变压器：
9、用于输、配电系统的升、降电压及配电变压器。用于输、配电系统的升、降电压及配电变压器。 配电变压器配电变压器升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器（二）变压器的分类（二）变压器的分类(2)(2)特种变压器：如电炉变压器、整流变压器等。特种变压器：如电炉变压器、整流变压器等。 (3)(3)仪用变压器：仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。继电保护装置。 电压互感器电压互感器电流互感器电流互感器电炉变压器电炉变压器1212脉整流变压器脉整流变压器(4)(4)试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。试验变压器：能产生高压，对
10、电气设备进行高压试验。 2.2.按相数分：按相数分： 干式试验变压器干式试验变压器 高压试验变压器高压试验变压器 串联谐振试验变压器串联谐振试验变压器 (1)(1)单相变压器：单相变压器：用于单相负荷和用于单相负荷和三相变压器组。三相变压器组。 (2)(2)三相变压器：三相变压器：用用于三相系统的升、于三相系统的升、降电压。降电压。 (3)(3)多相变压器：多相变压器：用于多相系统的升、用于多相系统的升、降电压。降电压。 3.3.按绕组形式分：按绕组形式分： (1)(1)双绕组变压器：双绕组变压器：用于连接用于连接电力系统中的两个电压等级。电力系统中的两个电压等级。 (2)(2)三绕组变压器：
11、三绕组变压器：一般用于电力系一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。统区域变电站中，连接三个电压等级。 (4)(4)自耦变电器：自耦变电器：用于连接不用于连接不同电压的电力系统。也可做为同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。普通的升压或降后变压器用。 (3)(3)多绕组变压器：多绕组变压器：用于电力系统用于电力系统中一种电压等级输入变换得到多种中一种电压等级输入变换得到多种不同电压等级。如分裂变压器。不同电压等级。如分裂变压器。 4.4.按冷却方式分：按冷却方式分： (1)(1)干式变压器：干式变压器：依靠空气对依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照流进行冷却，一般用于局部
12、照明、电子线路等小容量变压器。明、电子线路等小容量变压器。 (2)(2)油浸式变压器油浸式变压器：依靠油作冷却依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。浸水冷、强迫油循环等。 5.5.按铁芯形式分：按铁芯形式分： (1)(1)芯式变压器：用于高芯式变压器：用于高压的电力变压器。压的电力变压器。 (2)(2)壳式变压器：用于大电流的特殊壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。电源变压器。 6.6.按容量分：按容量分
13、： 按电力部门的相关规定按电力部门的相关规定: :630KVA630KVA以下为小型变压器；以下为小型变压器；800-6300KVA800-6300KVA为中小型变压器；为中小型变压器；8000-63000KVA8000-63000KVA为大型变压器；为大型变压器；90000KVA90000KVA及以上为特大型变压器；及以上为特大型变压器； 7.7.按中性点绝缘水平分为：按中性点绝缘水平分为：全绝缘和半绝缘变压器。全绝缘和半绝缘变压器。 8.8.按绕组导线材料分为：铜线和铝线变压器。按绕组导线材料分为：铜线和铝线变压器。 9.9.按结构分为按结构分为: :全密封、非晶合金、调容、防雷、预装箱式
14、、组全密封、非晶合金、调容、防雷、预装箱式、组合式、柱上单相、地下、超导变压器等。合式、柱上单相、地下、超导变压器等。10.10.按调压方式分为：按调压方式分为：有载调压和无励磁调压变压器。有载调压和无励磁调压变压器。 有载调压变压器有载调压变压器无励磁调压变压器无励磁调压变压器三、三、 变压器的型号表示型号变压器的型号表示型号 型号表示一台变压器的型号表示一台变压器的结构结构、额定容量额定容量、电压等级电压等级、冷却方冷却方式式等内容，表示方法为等内容，表示方法为 如如OSFPSZ-250000/220OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜表明自耦三相强迫油循环
15、风冷三绕组铜线有有载调压，额定容量线有有载调压，额定容量250000kVA250000kVA，高压额定电压，高压额定电压220kV220kV电力变电力变压器。压器。1 1、变压器的构造、变压器的构造: : 11信号温度计；信号温度计；22铭牌；铭牌；33呼吸器；呼吸器；44油枕；油枕；55油标；油标；66安全气道；安全气道；77气体继电器；气体继电器；88高压套管；高压套管；99低压套管；低压套管；1010分接开关；分接开关；1111油箱；油箱；1212铁心；铁心；1313绕组；绕组；1414放油阀；放油阀；1515小车；小车；1616接地端子接地端子 变压器的最主要部件由变压器的最主要部件由
16、铁芯铁芯与与绕组绕组两部分两部分构成。铁芯和绕组装配在一起称为构成。铁芯和绕组装配在一起称为器身器身。如图。如图所示所示: :油浸式电力变压器结构油浸式电力变压器结构（四）变压器的结构与参数（四）变压器的结构与参数 铁芯是变压器的主磁路，又作为绕组的支撑骨架。变压器的铁芯是变压器的主磁路，又作为绕组的支撑骨架。变压器的一次绕组和二次绕组都绕在铁芯上。它主要由铁芯柱、铁轭和紧一次绕组和二次绕组都绕在铁芯上。它主要由铁芯柱、铁轭和紧固件组成。如图所示固件组成。如图所示: :铁芯柱铁芯柱铁轭铁轭紧固件紧固件作用是作用是: :固定绕组。固定绕组。作用是作用是: :使磁路闭合。使磁路闭合。作用是作用是:
17、 :使铁芯不松动。使铁芯不松动。 为了提高导磁性能和减少铁损，铁芯多采用含硅量约为为了提高导磁性能和减少铁损，铁芯多采用含硅量约为5%5%，厚度为厚度为0.230.230.35mm0.35mm或或0.5mm0.5mm，两面涂绝缘漆或氧化处理的冷轧硅，两面涂绝缘漆或氧化处理的冷轧硅钢片叠装而成。钢片叠装而成。 1.1.铁芯简介铁芯简介 按绕组套入铁芯柱的形式、结构型式和工艺特点，变压器的按绕组套入铁芯柱的形式、结构型式和工艺特点，变压器的铁芯主要分为铁芯主要分为芯式芯式、壳式壳式、渐开线式和成型卷片式等。、渐开线式和成型卷片式等。(1)(1)芯式变压器芯式变压器 芯式芯式变压器的一、二次绕组套装
18、在铁芯的两个铁芯柱上，如变压器的一、二次绕组套装在铁芯的两个铁芯柱上，如图所示。图所示。 芯式芯式变压器的特点变压器的特点: :结构和工艺比较简单，有较多的空间装结构和工艺比较简单，有较多的空间装设绝缘，装配较容易，广泛应用于容量大、电压高的变压器，电设绝缘，装配较容易，广泛应用于容量大、电压高的变压器，电力变压器均采用芯式结构。力变压器均采用芯式结构。（2 2）壳式变压器）壳式变压器 壳式壳式变压器的铁芯包围绕组的上下和侧面，如图所示。变压器的铁芯包围绕组的上下和侧面，如图所示。 壳式壳式变压器的特点变压器的特点: :这种结构机械强度好，铁芯容易散热，这种结构机械强度好，铁芯容易散热，但制造
19、工艺复杂，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困但制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困难，用铜量较多。小型干式变压器多采用，此外，还通常应用于难，用铜量较多。小型干式变压器多采用，此外，还通常应用于电压很低而电流很大电压很低而电流很大的特殊场合。例如，的特殊场合。例如，电炉用变压器电炉用变压器，由于这，由于这时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结构可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。构可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。 （3 3）铁芯的装配）铁芯的装配 根据铁芯柱与铁轭在装配
20、方面的不同，铁芯可分为根据铁芯柱与铁轭在装配方面的不同，铁芯可分为对接式对接式和和叠接式叠接式两种。两种。(1)(1)对接式对接式 对接式对接式是先将铁芯柱和铁轭分别叠装和夹紧，然后再将它们是先将铁芯柱和铁轭分别叠装和夹紧，然后再将它们对接在一起，用特殊的紧固件夹紧。对接在一起，用特殊的紧固件夹紧。(2)(2)叠接式叠接式 叠接式叠接式是将铁芯柱和铁轭的硅钢片一层一层叠装，各层硅钢片是将铁芯柱和铁轭的硅钢片一层一层叠装，各层硅钢片的排列互不相同，叠装之后，各层的接缝不在同一点，如图所示。的排列互不相同，叠装之后，各层的接缝不在同一点，如图所示。奇数层奇数层偶数层偶数层奇数层奇数层偶数层偶数层（
21、1 1）绕组简介）绕组简介 绕组是变压器传递交流电能的电路部分，一般用绝缘绕组是变压器传递交流电能的电路部分，一般用绝缘扁铜扁铜( (铝铝) )线线或绝缘或绝缘圆铜圆铜( (铝铝) )线线在绕线模上绕制而成。变压器中，工作在绕线模上绕制而成。变压器中，工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称为低压绕组。电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称为低压绕组。（2 2）绕组的分类）绕组的分类 根据高、低压绕组的相对位置、形状不同，以及在绕组铁芯根据高、低压绕组的相对位置、形状不同，以及在绕组铁芯柱上排列方式不同，可分为柱上排列方式不同，可分为同心式同心式和和交叠式交叠式两种。两种。1)1
22、)同心式绕组同心式绕组 高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同心地套在铁芯柱上。为减少绕组与铁芯后同心地套在铁芯柱上。为减少绕组与铁芯间绝缘距离，间绝缘距离，通常低压绕组在里面，高压绕通常低压绕组在里面，高压绕组在外面，组在外面，两绕组中间加绝缘纸筒绝缘，如两绕组中间加绝缘纸筒绝缘，如图所示。图所示。同心式绕组的几种基本形式同心式绕组的几种基本形式(1)(1)圆筒式绕组圆筒式绕组: :一般用于三相容量在一般用于三相容量在630KVA630KVA以下，电压不超过以下，电压不超过15KV15KV的变压器的高、低压绕组。的变压器的高、低压绕组。(2)(2)螺旋式绕组
23、螺旋式绕组: :一般用于容量在一般用于容量在800KVA800KVA以上，电压在以上，电压在35KV35KV以下的以下的三相变压器的大电流绕组。三相变压器的大电流绕组。(3)(3)连续式绕组连续式绕组: :应用范围较大，它的机械强度高，散热条件好，应用范围较大，它的机械强度高，散热条件好，一般用于三相容量在一般用于三相容量在630KVA630KVA以上，电压为以上，电压为3 3110KV110KV的变压器绕组。的变压器绕组。(4)(4)纠结式绕组纠结式绕组: :焊头多，绕制费时，一般用于三相容量在焊头多，绕制费时，一般用于三相容量在6300KVA6300KVA以上，电压在以上，电压在110KV
24、110KV以上的变压器的绕组。以上的变压器的绕组。(2)(2)交叠式绕组交叠式绕组饼式绕组饼式绕组 高压绕组和低压绕组均作成若干个圆饼状，沿着铁芯柱的高高压绕组和低压绕组均作成若干个圆饼状，沿着铁芯柱的高度交叠地排列放置，为了减少绝缘距离，通常低压绕组靠近铁轭度交叠地排列放置，为了减少绝缘距离，通常低压绕组靠近铁轭( (最下层和最上层最下层和最上层) )，如图所示。，如图所示。交叠式绕组的特点交叠式绕组的特点: : 交叠式绕组具有漏抗小、交叠式绕组具有漏抗小、机械强度高，引出线的布置和机械强度高，引出线的布置和焊接都比较方便，多用在低电焊接都比较方便，多用在低电压，大电流的电焊、电炉变压压，大
25、电流的电焊、电炉变压器以及壳式变压器中。器以及壳式变压器中。 油箱是变压器的外壳。箱内装有变压器油、铁芯和绕组，油油箱是变压器的外壳。箱内装有变压器油、铁芯和绕组，油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。油箱主要作用是保箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。油箱主要作用是保护铁芯和绕组不受外力作用而损坏及避免受潮，同时通过变压器护铁芯和绕组不受外力作用而损坏及避免受潮，同时通过变压器油把铁芯和绕组产生的热量散发出去，如图所示。油把铁芯和绕组产生的热量散发出去，如图所示。变压器油箱主要有两种形式变压器油箱主要有两种形式: :平顶油箱平顶油箱和和拱顶油箱拱顶油箱。平板式平板式 小容量小容量排管
26、式排管式 较大容量较大容量散热气式散热气式大容量大容量强迫油循环强迫油循环大容量大容量1.1.平顶油箱的箱沿在上部，箱盖是平的，这种油箱多用于平顶油箱的箱沿在上部，箱盖是平的，这种油箱多用于6300KVA6300KVA及以下的变压器。及以下的变压器。2.2.拱顶油箱的箱沿在下部，箱盖做成钟罩形，又称为钟罩式油箱，拱顶油箱的箱沿在下部，箱盖做成钟罩形，又称为钟罩式油箱，用于用于8000KVA8000KVA及以上的变压器。及以上的变压器。1.1.油箱油箱-机械支撑、冷却散热机械支撑、冷却散热变压器油变压器油-冷却、绝缘、散热冷却、绝缘、散热 电力变压器绕组与铁芯装配完后用夹件紧固，形成变压器电力变
27、压器绕组与铁芯装配完后用夹件紧固，形成变压器的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种器油是一种矿物油矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作作用用：1.1.绝缘：绝缘：绕组与绕组、绕组与铁芯及油箱之间绕组与绕组、绕组与铁芯及油箱之间2.2.散热：散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱自
28、来水冲淋变压器油箱3.3.有关变压器油的要求有关变压器油的要求: : 高的介质强度和低的黏度，高的发火点高的介质强度和低的黏度，高的发火点和低的凝固点，且不含酸、碱、硫、灰尘等杂质及水分。和低的凝固点，且不含酸、碱、硫、灰尘等杂质及水分。强油水冷却器强油水冷却器干式变压器横流式冷却风机干式变压器横流式冷却风机 dbfdbf系列变压器系列变压器专用冷却风机专用冷却风机 变压器散热器变压器散热器常用冷却介质常用冷却介质-变压变压器油器油（油浸式）、（油浸式）、空空气气（干式）（干式）油浸方式油浸方式-油浸自冷油浸自冷；油浸风冷油浸风冷 ( (人工通风人工通风) )；强迫油循环冷却；强迫强迫油循环冷
29、却；强迫油导向循环冷却。油导向循环冷却。（1 1）额定电压）额定电压（2 2）额定电流）额定电流（3 3）额定容量）额定容量（4 4）变比）变比（5 5）铜损）铜损（6 6）铁损）铁损（7 7）阻抗电压降）阻抗电压降（8 8）空载电流）空载电流（9 9）连接组别）连接组别变压器的主要技术参数变压器的主要技术参数3 3、变压器的主要技术参数、变压器的主要技术参数4 4、变压器的分类、变压器的分类（1 1）按变压器的应用方式分：升压变压器和降压变压器。）按变压器的应用方式分：升压变压器和降压变压器。（2 2）按变压器的相数分：单相、三相和多相变压器。）按变压器的相数分：单相、三相和多相变压器。（3
30、 3）按线圈形式分：单线圈变压器（自耦变压器）、双线圈变）按线圈形式分：单线圈变压器（自耦变压器）、双线圈变 压器、三线圈变压器。压器、三线圈变压器。（4 4）按变压器铁心和线圈的相对位置分：心式变压器和壳式变）按变压器铁心和线圈的相对位置分：心式变压器和壳式变 压器两种。心式变压器的线圈包在铁心的外围，壳式变压压器两种。心式变压器的线圈包在铁心的外围，壳式变压 器的铁心包在线圈的外围。器的铁心包在线圈的外围。（5 5）按变压器绝缘和冷却方式分有油浸式、干式和充气式三种。）按变压器绝缘和冷却方式分有油浸式、干式和充气式三种。（6 6）按调压装置的种类分有载调压变压器和无载调压变压器。）按调压装
31、置的种类分有载调压变压器和无载调压变压器。一、变压器一、变压器发展趋势发展趋势：早期的城市轨道交通直流牵引：早期的城市轨道交通直流牵引系统，通常采用三相桥式整流电路，随着系统，通常采用三相桥式整流电路，随着技术的发展，逐步被技术的发展，逐步被12脉波和等效脉波和等效24脉波脉波整流电路代替，我国今后建设的城市轨道整流电路代替，我国今后建设的城市轨道交通整流变电站将会以交通整流变电站将会以24脉波为主，系统脉波为主，系统电压等级则有电压等级则有35kV和和10kV两种。两种。 二、整流器二、整流器作用作用：把三相交流电转换为直流电：把三相交流电转换为直流电整流器接线图35kV 母线35kV 交流
32、断路器整流变压器+1500V母线负母线整流器CR直流断路器联跳38二、整流器二、整流器1、工作原理、工作原理2、12脉波整流原理脉波整流原理 所谓分裂变压器就是将低压绕组分裂成相等容量的两个绕组，此时若两个低压绕组的负荷不平衡，两段母线电压将会略有偏差。采用分裂变压器和普通变压器相比，在同容量和同电抗时，低压侧短路电流减少了一半。图215就采用了轴向分裂结构。漏抗取代平衡电抗器的优点：一是24脉波整流电路可将4个三相整流桥直接并联，省去两个平衡电抗器及其磁损耗，消除平衡电抗器铁心有可能饱和的风险；二是整流机组重量、体积、造价比下降，损耗降低，减少工程投资成本。缺点：一是因整流变压器漏抗值有限，
33、小负荷区段整流器工作在推挽状态，使此间交直流侧谐波稍有增加，但是与额定工况相比很小，另外，变压器二次侧5、7次谐波电流增加，但不会影响网侧谐波电流；二是由于无平衡电抗器限流，特大容量整流器直流侧短路电流很大，保护应多加考虑。该整流方式，由于整流相数的增加，其产生的谐波分量较6脉波整流有较大的降低，输出电压也较稳定。其直流输出波形如图215所示，02内共有12个脉动波形。为提高功率因素，降低网侧电压波形畸变，减少对电网的干为提高功率因素，降低网侧电压波形畸变，减少对电网的干扰，降低输出直流电压的纹波系数，城轨供电系统牵引变电所扰，降低输出直流电压的纹波系数，城轨供电系统牵引变电所整流机组采用等效
34、整流机组采用等效2424脉波整流电路。脉波整流电路。3、等效、等效24脉波整流机组脉波整流机组 图2 -16中， 两台低压双输出电压的12相整流变压器，且和 低压输出电压相差15o相位角。 VD1和VD2为2台12相整流器。和VD1单独工作时，输出12脉波的直流电源；和VD2单独工作时，也输出12脉波的直流电源。 + VD1和+ VD2并联(直流输出端子并联)工作时，由于和具有15o相位差，合成输出24脉波的直流电源，实现将三相交流电源整流输出24脉波直流的目的。 当然，二者也可以串联工作。4、 24 脉波整流变压器系统 1）基本结构 24脉波整流变压器系统有各种不同的结构组合。 第一种情况下
35、，可以采用单列四台变压器和四台全波整流器构成24脉波整流变压器系统，但这种系统占地面积大，维护复杂。 第二种情况下，可以采用两台变压器三相三绕组和四台全波整流器构成24脉波整流变压器系统。而四台整流机组也可以根据不同的需要进行组合。 四台整流机组串联运行，适用于电压较高的场合；四台整流机组并联运行，适用于负荷电流较大 (或多负荷) 的场合，城市轨道交通系统多采用这种系统。 城市轨道交通系统常用的等效24脉波整流系统包含2台变压器，均为双低压输出变压器，每台变压器均可与12脉波整流器组成独立的12脉波整流系统。 5环氧浇注牵引整流干式变压器 轴向双分裂结构变压器的绕组布置图，这种变压器网侧为一个
36、不分裂的绕组，分成上下两个支路，两个支路并联。 两组阀侧绕组沿轴向布置于同一铁心柱上，其本身并没有并联或串联，而是将其头尾各自采用Y联结和d 联结分别引出，分裂成两个支路。这种阀侧绕组分裂为两个支路布置在同一铁心柱上的轴向双分裂结构的变压器可以使阀侧的两个支路并联运行，同时向负载供电。 环氧浇注牵引整流干式变压器是地铁牵引机车电源整流系统的重要组成部分，采用延边三角形原理，改变三角形联结的方式便可以实现7.5o或-7.5o的移相，阀侧采用d、y联结，使两台变压器阀侧绕组输出线电压相量互差15o，由2台6 相12脉波的移相变压器组成，通过硅整流器整流，形成24脉波直流输出，也可单独通过整流器供电
37、，形成12脉波整流直流输出，谐波含量少。 环氧浇注牵引整流干式变压器具有绝缘耐热等级高，达到H级绝缘、低损耗、低噪声、局部放电量少、防潮、过载能力强等特点，完全符合地铁VI级工作制的要求。电压等级有10kV、20kV、35kV，整流脉波数有12脉波和24脉波可选。 5、整流器功率因数的表示法1）系统状况 两套整流机组分别通过两台断路器与交流母线相连，而且采用母线不分段方式，以确保输入电源的一致性。 这种方案的两套整流机组的进线相互独立，两套整流机组也可以独立运行。 当某一整流机组发生故障时，其保护装置使其进线断路器跳闸，故障容易判别。 当一套整流机组因故退出运行时，在负荷较小时，另一套整流机组
38、可继续运行。 通过接线的改变，使两套机组的脉波输出相差，并且让两者并联或串联运行，就会构成24脉波整流机组系统。只不过当一组出现故障时，就会输出12脉波整流系统。 每台变压器的二次侧都有两个绕组，一组采用星形接线，一组采用三角形接线。变压器二次绕组同名端线电压相差，经整流形成12脉波整流系统。每座牵引变电所有两台整流机组，通过对一次侧进行处理(一般采用外延三角形接线)得以实现，一台移相，一台移相，这样两套12 脉波整流系统形成一套AC 35kV/1500V或750V的等效12相24脉波整流系统。 与单相桥式整流电路相比，由于三相桥式电路每周期有6个波头输出，比单相桥式的两个波头增加3倍，所含谐
39、波减小，畸变系数增大，因此其三相电路的功率因数就较高。城市轨道交通牵引供电系统的整流机组都是以6脉波为基础，在此基础之上，组成了12和24脉波整流器，因此它们的功率因数都比较高。 三相全波桥式整流预期功率因数见表23，可以看出，一般情况下三相全波桥式整流预期(或理想)功率因数和脉波数的关系：脉波数越多，功率因数越高。 表表2 23 3 三项全波桥式整流电路功率因数三项全波桥式整流电路功率因数 脉 波 数功 率 因 数60.955120.988240.997影响功率因数的因素及改进措施 ( 1 ) 功率因数的理论值与实际值 从分析知道，城市轨道交通牵引供电系统整流机组的功率因数对系统功率因数贡献
40、巨大。也就是说，牵引负荷所占比重越大，系统功率因数越高。从理论值上可以看出，12和24脉波整流器，它们的功率因数都比较高。但实际情况下，都达不到这么高。 ( 2 ) 整流相数与功率因数 通过计算分析知道，增加整流相数本身就可以提高功率数。 整流相数越多，电流中谐波的最低次数越高，且幅值也减小，从而也可以提高功率因数。从表3-4中可以看到，由6脉波提高到12脉波，功率因数提高了0.033；而从12脉波提高到24脉波，功率因数提高了0.009 。因此对于高于24脉波的整流机组而言，其主要目的不再是为了提高功率因数，而是减少谐波，提高电源质量。( 3 ) 安装补偿装置 轨道交通供电系统有许多感性负载
41、，如电力变压器、整流机组动力照明负载等设备。 为减少供电系统的无功损耗、有效利用供电设备容量、降低运行成本，需对供电系统的功率因数进行改善，同时抑制供电系统向电网返送无功。 为了提高整个系统的功率因数，可以在一些特殊设备处，特别是比较大的感性设备处，安装电容性补偿装置，以利于提高功率因数。但是目前地铁供电系统还没有安装补偿装置，一般都预留了位置。 变压器的运行与维护变压器的运行与维护一、变压器的运行(一) 变压器的并联运行条件1、各变压器的变比应基本相等，最大误差不应超过0.5。2、各变压器接线组别应一样3、各变压器的阻抗电压百分数应基本相等，最大误差不应超过10。4、变压器的容量比不应超过三
42、分之一。(二) 变压器的允许运行方式1、在规定的冷却条件下可按铭牌出力运行2、油浸式电力变压器在运行中，上层油温应遵守制造厂的规定，但最高不得超过95，为防止变压器油劣化过速，一般不宜超过85为好。3、升压或降压变压器的一次电压，一般不得超过额定值的10.5。如一次电压在额定值的10.5以内，二次可带额定容量的电流4、变压器在正常或事故情况下，可过负荷运行，但必须遵守制造厂的规定。(三) 根据变压器异常声响判断故障 变压器正常运行时，会发出连续均匀的“嗡嗡”声。如果变压器出现故障或运行不正常，声音就会异常： 原因分析： 1、夹紧铁芯的穿心螺杆松动或铁芯上有遗漏零件 时，变压器有“锤击”和“吹风
43、”之声 2、变压器的跌落式熔断器或分接开关接触不良时，有“吱吱”声 3、变压器高压套管脏污，表面釉质脱落或有裂纹存在，可听到“嘶嘶”声4、变压器铁芯接地断线，会产生劈裂声5、变压器绕组短路，将有“劈啪”声音，严重时会有巨大轰鸣声，随后起火。6、变压器绕组高压引出线相互间或它们对外壳闪络放电时，有爆裂声音7、变压器低压侧电力线路接地时，有“轰轰”声8、变压器过载运行时，音调高、音量大。变压器的负载急剧变化时，出现“咯咯”的间歇声，监视测量仪表的指针发生摆动9、电网电压超过变压器分接头的额定电压时，变压器声音比平常尖锐。(四) 空载拉、合闸对变压器的影响 空载变压器拉闸时，铁芯中磁场很快地消失，磁
44、场的迅速变化在绕组中产生很高电压，这可能使变压器的绝缘薄弱处击穿。变压器合闸瞬间可能产生很大电流，这个电流会使绕组受到很大的机械应力，造成绕组变形和绝缘损坏。 因此，空载变压器拉闸、合闸的次数过多会影响变压器的使用寿命。二、变压器的巡视检查（一）变压器的正常巡视 1、变压器本体（1）检查变压器的油温指示正常。（2）检查油位，根据温度与油位的对应关系判断油位是否正常。（3）监听（视）声音和振动，注意异常的声音和振动。（4）检查有无漏油、渗油现象，箱壳上的各种阀门状态是否符合运行要求，特别注意阀门、表计、法兰连接处以及焊缝等。（5）检查呼吸器硅胶应呈兰色，当硅胶整体2/3以上变为粉红色时应及时更换
45、；检查油封杯油位、油色是否正常。（6）瓦斯继电器有防雨罩，且封盖完好。（7）变压器本体无小动物筑巢现象。（8）外壳及接地良好。2、套管（1）检查高、中、低以及中性点套管的油位，有无漏油和渗油现象。（2）检查套管表面有无放电痕迹或污损。（3）检查套管有无破损、破裂等现象。（4）检查接点和引线有无异常和明显发热迹象，特别是雪天和雨天，接头上有无熔化蒸汽的现象，金具有无变形，螺丝无松脱和连接线无断股损伤。（二）变压器的特殊巡视 1、新设备或经过检修、改造的变压器在投运72h内。2、变压器存在缺陷近期有发展迹象时，要加强巡视，防止缺陷发展成事故。3、 高温季节、高峰负载期间。变压器过负荷或过电压运行时
46、每小时至少巡视一次，特别要注意温度和接头是否过热，声音是否异常，以及冷却系统运行情况。4、大风时，检查变压器附近应无容易被吹起的杂物，防止吹落到变压器带电部位，引起短路，同时应注意引线摆动情况。5、大雾和小雨、雪天气，检查套管瓷瓶应无严重电晕、闪络和放电现象。6、大雨、雪天气，引线接头应无积雪，无雪溶化过快和冒气现象，并注意瓦斯继电器、油位计、温度计等附件积雪情况。7、雷雨后，检查变压器各侧避雷器计数器的动作情况，判断主变有无遭雷击过电压。8、节假日和上级有特殊保电任务期间，必须增加特殊巡视次数。高压开关设备正常工作情况下可靠地接通或断开电路；高压开关设备正常工作情况下可靠地接通或断开电路；在
47、改变运行方式时进行切换操作；在改变运行方式时进行切换操作；当系统中发生故障时迅速切除故障部分，以保证非故障部分的正当系统中发生故障时迅速切除故障部分，以保证非故障部分的正 常运行；常运行；在设备检修时隔离带电部分，以保证工作人员的安全。在设备检修时隔离带电部分，以保证工作人员的安全。 2.2 高压断路器高压断路器高压断路器高压断路器 高压隔离开关高压隔离开关熔断器熔断器高压负荷开关高压负荷开关2.2.1 电孤的形成、燃烧和熄灭电孤的形成、燃烧和熄灭一、电弧现象一、电弧现象 当断开电路时，若断开处的电压大于当断开电路时，若断开处的电压大于 10V ，回路，回路电流超过电流超过 80 mA 时，在
48、断开的瞬间，断口处的游时，在断开的瞬间，断口处的游离气体在电场的作用下自持放电，形成强烈的白离气体在电场的作用下自持放电，形成强烈的白光，这种白光就称为电弧，光，这种白光就称为电弧， 它具有以下特点：它具有以下特点： 1、电弧的能量集中，温度很高，亮度很强。电弧、电弧的能量集中，温度很高，亮度很强。电弧的表面温度达的表面温度达 4 000 5 000 ，弧柱中心温度，弧柱中心温度高达高达 10 000 。这样的高温对电弧附近区域的。这样的高温对电弧附近区域的介质会产生较大的危害。介质会产生较大的危害。 2、电弧是一束游离的气体，质量极轻，容、电弧是一束游离的气体，质量极轻，容易变形。在气体和液
49、体流动的作用下，或易变形。在气体和液体流动的作用下，或在电动力的作用下，电弧极易变形、移动。在电动力的作用下，电弧极易变形、移动。 3、电弧的气体放电是一种自持放电，维持、电弧的气体放电是一种自持放电，维持电弧稳定燃烧的电压很低，在大气中电弧稳定燃烧的电压很低，在大气中 1cm 直流电弧柱电压只有直流电弧柱电压只有1530V，在变压器，在变压器油中也不过油中也不过100一一200V 。 二、电弧形成与燃烧1、热电子发射、热电子发射 实验表明，高温的阴极表面能够向四周发实验表明，高温的阴极表面能够向四周发射电子。阴极表面发射电子的多少与阴极射电子。阴极表面发射电子的多少与阴极的材料及阴极表面温度
50、有关。的材料及阴极表面温度有关。 2、强电场发射、强电场发射 强电场发射：强电场发射： 如果阴极表面的电场强度很如果阴极表面的电场强度很高，那么金属内部的电子在强电场的作用高，那么金属内部的电子在强电场的作用下，也会脱离原子核的束缚而发射出来的下，也会脱离原子核的束缚而发射出来的现象。现象。3、热游离、热游离 游离：是中性质点分裂为电子和正离子的过程。游离：是中性质点分裂为电子和正离子的过程。 气体热游离：气体热游离： 当温度升高到一定温度时，静止气体中的当温度升高到一定温度时，静止气体中的各种质点，各种质点，(如自由电子如自由电子)的运动速度加大，动能增加，使的运动速度加大，动能增加，使它们
