120kmh交流传动货运电力机车主变压器设计

研究开发120km/h交流传动货运电力机车主变压器设计杨朝晖（大连机车车辆有限公司，辽宁大连116022）设计特点、主要结构及其有关参数的试验结果。

1概述我国以往的货运机车都采用交一直驱动，只有由Siemens公司进口的DJ1型货运电力机车采用了交流传动技术。交流传动技术是今后发展的方向，我国近年内将向交流传动机车转化。大连机车车辆有限公司试制的120km/h交流传动货运电力机车（简称SSJ3型电力机车）就是为了满足重载货运而研制的一种新产品。

SSJ3型电力机车的高速度定为120km/h，轴功率为1200kW.由于机车的总功率达到7200kW，机车牵引货运列车时，在限制坡道上的均衡速度大为提高，从而提高了重载条件下机车的技术速度。此外机车有更大的剩余加速度，提高了机车的加速能力，并将提高铁路的运能。

该机车的JQFP-9000/25型主变压器由大连机车车辆有限公司、同济大学、沈阳变压器有限公司联合设计，并由沈阳变压器有限公司试制。于2003年4月完成，通过试验后现已装车进行运行考核。

2主要技术特点与参数2.1技术特点SSJ3型电力机车为6轴机车，为适应重载货运的特点，机车总体对变压器的要求有下列几点：机车采用轴控方式，并且每一牵引电机由一个四象限整流器供电。总体线路采用3点式电路，因此主变压器必须有6个牵引绕组。

主变压器悬挂于车体下部，以降低车体重心。

主变压器的设计参数应能符合多机重联运行的要求。

根据机车的总体要求，JQFP-9000/25型主变压器具有下列特点：由于牵引重载列车时，需要多机重联。在重载时，从接触网汲取的电流将大为增加，在距牵引变电所远端的电压将大为降低；而空载时，距牵引变电所出端的电压有可能超过额定值。为适应高网压时，防止铁心饱和，必须取较低的磁通密度；在低网压时，为保证辅机的运行，必须注意辅助供电绕组电压的选取。

当主变压器下挂于车体下部时，由于轨面到车体下平面的空间限制，使得变压器的结构设计有很大的困难。特别在采用轴控时，有6个牵引绕组，它们之间及与其他绕组间需完全退耦，更增加了设计难度。

四象限整流器相当于一个升压斩波器，因此要求变压器有很大的漏抗。阻抗电压达到40左右。增加了变压器的体积与质量，与总体的减重要求矛盾，增加了设计难度。

总体要求主变压器与变流器的冷却共用一个通风道，这就使冷却系统的结构复杂。而且先冷却主变流器，后冷却主变压器，使得主变压器冷却器的进风温度提高，因此主变压器冷却系统设计的难度提高。

2.2主要技术参数主变压器的绕组原理图如所示。

卧放，变压器与冷却装置、储油箱分开布置。

由于要求高阻抗电压，内部漏磁场强，加上线圈内谐波电流的影响，所以油箱采用低磁钢板加电屏蔽焊接结构。

采用全分裂绕组结构，线圈采用饼式结构，导线米用Nomex纸绝缘。

引线结构紧凑，高压套管采用美国Elastimold公司的高压端子。

采用强迫导向油循环风冷方式，并采用两路油循环系统。

吸收国内外已成熟的先进技术，绕组电流密度、铁心磁通密度、主空道尺寸等选择更为合理。冷却油采用45变压器油。

3.2主变压器的结构主变压器的结构如所示。

一高压绕组；aiXi-a”?牵引绕组；ayX.，a/t/?辅助绕组；a+1（00一控制绕组。

主变压器的绕组原理图主变压器主要技术参数如下：冷却方式强迫导向油循环风冷却（0DAF）负载损耗/kW空载损耗/kW空载电流/油重/kg总重/kg安装方式外形尺寸/mmxmmxmm额定容量见表1.表1各绕组额定容量额定容量/kVA额定电压/V额定电流/A高压绕组牵引绕组辅助绕组控制绕组3主变压器结构3.1主变压器结构的特点由于采用车体下吊挂式安装方式，为了降低变压器高度，满足多绕组间退耦的要求，变压器采用心式主变压器由器身、油箱、附属设备等组成，其中器身又由绕组、铁心、绝缘件等组成。出线端子除高压绕组的高压端子A在油箱壁上外，其余牵引绕组端子、辅助绕组及控制绕组端子都在箱盖上。

铁心。采用直接缝铁心结构，由0.30mm厚的30ZH120有取向冷轧硅钢片叠成。心柱采用多级近似圆形的截面，直径298mm，铁轭断面为长方形，硅钢片冲孔。铁心叠片系数为0.97.在25kV电压下，心柱的磁通密度为1.57T，铁轭的磁通密度为1.56T.线圈。主变压器有4种线圈：高压线圈、牵引线圈、辅助线圈、控制线圈。为满足高阻抗的要求，变压器线圈采用六分裂形式，心式结构，饼式线圈，交错式布置。牵引线圈采用组合导线来降低附加损耗。

引线。引线设计结构紧凑，采用电缆顶部出线，占用空间少。电缆交叉处用绝缘纸板包扎，电流大的引线采用多根并联，可以随意弯曲。引线固定采用绝缘螺杆和绝缘螺母，拧紧后上乐泰绝缘胶，防止松动。

油箱。油箱采用低磁钢板焊接，并采用电屏蔽的方法使外泄漏磁限制在一定的范围内。4个吊挂座用M24螺栓把变压器与车体底架连接起来。在油箱上装有放油塞、油样活门、注油和滤油的活门，在两侧各有一压力释放阀。

冷却系统。系统采用矿物油作为冷却介质。主变压器采用强迫导向油循环风冷，即潜油泵将变压器中的热油打进冷却器进行通风冷却，再将冷却后的油打进变压器，依次循环，从而使变压器冷却。

由于冷却器与主变压器分体，受车体空间的限制，变压器冷却分为两路，冷却器为复合型全铝合金、板翘式结构。其主要参数为：热交换功率/kw循环油量/m3h-1入口油温/°C出口油温/°C入口风温/C阀，当变压器油箱箱体内压力超过70kPa时，压力释放阀打开，喷出的气体和油通过管道排出。在油箱内的压力恢复正常时，阀口关闭，保持密封状态。

主变压器阻抗电压的设计值与实测值见表2.表2额定分接的阻抗电压（归算额定电流）短路绕组设计阻抗电压/S短路阻抗/S一4结束语km/h交流传动电力机车主变压器在沈阳变压器有限公司通过型式试验，各项性能指标均满足国标要求。装车运行至今，完全满足设计要求，运行情况良好。