鐵道機車專業教學資源庫武漢鐵路職業技術學院主講：李星澤《高速動車組技術》課程武漢鐵路職業技術學院李星澤CRH系列動車組主變壓器目錄CONTENTS01CRH系列動車組主變壓器技術參數02CRH1動車組系列主變壓器03CRH380D型動車組04CRH2/CRH380A系列動車組05CRH3/CRH380B系列動車組CRH系列動車組主變壓器技術參數CRH系列動車組主變壓器主要采用兩種結構：芯式變壓器和殼式變壓器。各車型主變壓器主要技術參數見表1。車型單位CRH1CRH2CRH3CCRH5ACRH380ACRH380BCRH380CCRH380D結構

芯式殼式芯式芯式殼式芯式芯式芯式頻率Hz5050505050505050阻抗電壓

32.5%21.5%44%47%24.5%42.5%41%24.5%額定電壓原邊V2500025000250002500025000250002500025000牽引V4x9012x15004x15516x17702x16584x18504x13508x964輔助V1004400無無400無無無額定電流原邊A84122.4226210167234247242牽引A4x5852x856.74x9106x4962x11024x7904x11418x784輔助A1581225無無1300無無無絕緣等級

A級特A級A級F級特A級A級F級混合級總損耗kW69.5140.1202.5250186191.8236197.5額定容量kV·A21083060564452624174584861646048總質量kg41002910620070003570640064006070最大尺寸長mm30112609396041242639396040085482寬mm23022295297824852308297829782891高mm653834（800）658.5844809809791表1CRH系列動車組主變壓器性能參數CRH1系列動車組主變壓器1.概述CRH1A型動車組有三個主變壓器，分別位于2車、5車和7車的底架上，它們向所有整流器模塊提供電流。2號車主變壓器向1車和3車中的整流器提供電流，5車的主變壓器向4車中的整流器提供電流，而7車的主變壓器向位于8車和6車中的整流器提供電流。CRH1系列動車組主變壓器1.概述主變壓器總電路圖如圖2所示，包括：一個原邊繞組、四個次級牽引繞組和一個次級濾波器繞組。主變壓器把接觸網高電壓變為牽引系統和網側濾波器適用的電壓。網側濾波器連接到濾波器繞組上，裝有熔絲、濾波電阻和濾波電容，其作用是抑制瞬時高電壓。在主變壓器下面有一個接地變壓器，為電力回流提供了條電流通路，防止回流通過輪對軸承，使軸承發熱。圖2CRH1系列動車組主變壓器主變壓器的冷卻系統原理可用圖3表示，礦物油強迫循環冷卻方式，其冷卻原理如下：變壓器工作損耗使變壓器油加熱膨脹，進人膨脹油箱，膨脹油箱中的熱油被泵入熱交換器，空氣——油熱交換器受冷卻風扇的強迫空氣冷卻，冷卻后的油經過回油管返回到變壓器箱。

圖3CRH1系列動車組主變壓器熱交換器、油過濾器和風扇一起位于冷卻裝置中，兩個熱交換器由一臺風扇電機驅動的兩個風扇輪冷卻，外部空氣通過過濾器后由風扇吸入。風扇油泵電機由接觸器控制，由電機保護斷路器保護。為了降低風扇的噪聲，風扇電機有低速/高速兩擋運行模式。主變壓器中的傳感器主要包括溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器和油位傳感器。溫度傳感器：以Pt100裝置測量變壓器溫度，此溫度值通過一個模擬量接口輸入到車輛控制器，一般情況下，當溫度增加至100℃時，最大牽引繞組電流減少。當溫度處于100℃和105℃之間時，功率呈線性下降至50%。高于110℃時，牽引功率切除，此時僅對輔助系統供電。這樣可以防止溫度繼續升高。如果溫度升至115℃之上，通過主斷路器切除變壓器的原邊供電。一旦發生這種情況，斷路器只有在油溫降至95℃以下時才能閉合。CRH1系列動車組主變壓器流量傳感器和壓力傳感器：通過流量和壓力傳感器監控主變壓器冷卻油的流量和壓力。只要流量和壓力在規定的范圍之內，車輛控制器會收到一個信號，表示油流量和壓力正常。油位傳感器：每個變壓器有兩個油位探測器用于檢測不同的油位，分別為“油位低”與“油位太低”。當兩個傳感器都探測到低油位時，兩個傳感器的輔助觸點均斷開，向車輛控制器發送信號，然后主斷路器VCB打開，斷開高壓供電。故障變壓器切除后，列車將降級運行。動車組分類方式線圈為層式結構，A級絕緣等級，線圈有兩柱，每柱有2段繞組，每段繞組都有由高壓繞組、濾波繞組和牽引繞組組成的線餅，每個牽引繞組中都有它自身對應的高壓繞組，每個變壓器共有4段繞組。從里到外的順序為：牽引繞組、濾波繞組及高壓繞組。線圈的絕緣部分由板材制成。每個繞組帶有軸向的同心油道，這些油道用于優化冷卻效果。繞組的定位是通過準確的端環來保證的，這樣可以減少軸向短路作用力。為滿足高阻抗的要求，線圈采用分裂式結構，所有線圈之間均采用退耦布置，四個牽引繞組分別對應四個高壓繞組高壓線圈位于外側，牽引線圈位于內側，中間是濾波繞組。四個獨立的高壓線圈分別與各自的牽引線圈耦合，實現了四個牽引線圈相互退耦，降低了繞組間的相互影響。引線結構緊湊，頂部出線，占用空間少，引線采用銅排和圓銅棒，導體焊接采用含銀材料。引線支架采用強度高的層壓木板。原邊高壓引線采用T形頭結構。二次接線端子采用接線端子結構，安裝在變壓器側壁上。動車組分類方式（2）外部結構主要包括油箱及儲油柜，主變壓器采用車體下安裝形式。它是一個鋼制的焊接油箱。油箱在真空充油過程中能夠承受一定壓力。由于變壓器要求大容量、小體積，同時還承受運行方向的沖擊。因此，對變壓器油箱最主要的要求是應具有足夠的機械強度。鋼板材料要求耐低溫及高強度。幾塊不銹鋼鋼板焊接在箱壁上以切斷高電流端子的磁場效應。箱蓋直接焊接到箱體上，在箱蓋上有一個排氣孔，在油箱的下部固定有注油閥。油箱通過一個過壓閥來保護。打開過壓閥時，通過一個內部連接管減少溢油量，這個管位于箱蓋下面。儲油柜側面放置變壓器的一側。圖主變壓器外形1一溫度傳感器；2-接地變壓器；3一主變壓器；4-配電箱；5-油位指示器；6-空氣干燥器；7-冷卻風扇（箱體內部）；8-冷卻單元熱交換器（支架內部）CRH380D型動車組1.概述CRH380D型動車組的主變壓器包括1個原邊繞組和8個牽引繞組。其安裝在每個基本列車單元中的Tp車底架內，為相鄰M車的牽引系統供電。整個主變壓器含網側高壓端子共有18個出線端子，總重6070kg，最大外形尺寸為5482mm×2891mm×791mm，按線原理圖如圖所示。主變壓器通過其冷卻系統進行冷卻，能量損失由油酯制冷劑吸收，制冷劑在主變壓器內循環，同時起到電絕緣的作用。制冷劑通過油/空氣熱交換器釋放出熱量后，回到變壓器殼體內。其冷卻原理及其傳感器功能與CRH1A型動車組的主變壓器一致。CRH380D型動車組2.技術特點為保證牽引控制時產生最小電磁干擾，主變壓器設置8個牽引繞組，分別向相鄰每個動車的2個整流器模塊供電。為方便牽引繞組的接線并實現電纜預組裝，主變壓器兩側布置有牽引繞組接線盒，盒體上部、側面分別布置有法蘭板。針對輸出功率密度相當大的特點，變壓器繞組采用了混合級絕緣設計，對活性元件的絕緣做了專門的處理，允許其有更大的載流和更高的溫升，滿足設計標準的同時延長其使用壽命。原邊繞組和各牽引繞組之間的布置進行專門設計，保證向同一直流環節供電的各繞組短路阻抗偏差不超過2%，為牽引變流器的精確控制提供了保障。各牽引繞組之間的布置進行專門設計，保證其間的耦合互感基本為零，預防了對牽引系統控制的干擾。冷卻系統采用雙軸伸電機雙換熱器對稱布置的設計，具有很高的散熱效率。同時，采用底部和側部同時出風的方式，有效地降低了出風可能形成的附加行進阻力。CRH380D型動車組3.結構說明CRH380D型動車組的主變壓器具有8個二次繞組，出線方式為左右兩側出線，沒有諧波濾波繞組，除此之外其內部結構與CRH1A型動車組的主變壓器完全相同。CRH380D型動車組的最大輪周功率達10MW，為滿足列車牽引性能的需要，變壓器的單機容量達到6000V·A，變壓器及冷卻單元的整備質量超過6t。為了保證列車的平穩性及舒適性、主變箱體和冷卻單元采用分體式設計，分別通過彈性懸掛方式固定于車體上，之間通過波紋管連接冷卻油路。外形如圖5-3-12所示。CRH380D型動車組（1）動力集中型動車組1.按動力配置方式分類動車組編組中兩端為動力車（或一端為動力車、另一端為控制車）、中間為拖車的配置，稱為動力集中型配置。其特點是兩端的動力車均為一個完整的動力單元，與傳統的機車相似，動力車只牽引不載客。圖5-3-11變壓器及傳感器接線原理圖圖5-3-12CRH380D型動車組主變壓器外形圖1-冷卻單元熱交換器；2-溢油監測器；3-泵；4-空氣干燥器；5-配電箱；6-主變壓器；7一油位指示器CRH2/CRH380A系列動車組1.概述CRH2/CRH380A系列動車組采用ATM9系列型主變壓器，其工作原理與普通電力變壓器相同。但由于動車組變壓器工作條件的特殊性，ATM9型變壓器采用單相殼式、無壓密封方式，根據動車組編組方式，全列配置多臺變壓器。每臺變壓器和2個牽引變流器、8臺牽引電機構成一個基本牽引動力單元。CRH2型動車組主變壓器吊裝在2、6車車下（長編組安裝在2、6、10、14車車下）。CRH380A型動車組主變壓器吊裝在2、4、6車車下（長編組安裝在2、4、6、8、10、12、14車車下）。CRH2/CRH380A系列動車組1.概述CRH2/CRH380A系列動車組變壓器外形三維圖如圖5-3-13所示。儲油柜安裝在主變壓器中央部位。為了檢測主變壓器的油溫，CRH2系列動車組變壓器設置了溫度繼電器和油流繼電器，溫度繼電器報警溫度設定值為（135±2.5）℃，油流繼電器設置的報警值為：當流量達到150×（1±10%）L/min以上時則動作、當流量降至120×（1±15%）L/min以下時則閉合接點。當超出報警值時牽引系統卸載。圖5-3-13CRH2/CRH380A系列動車組變壓器外形三維圖1-油箱；2-低壓接線箱；3-通風機；4-伸縮風道；5-散熱器；6-油泵；7-壓力釋放閥；8-高壓接線罩；9-溫度、油流繼電器CRH2/CRH380A系列動車組3.結構說明（1）鐵芯結構ATM9型主變壓器采用殼式鐵芯，結構緊湊。硅鋼片采用低損耗硅鋼片，降低了變壓器的鐵損。為防止產生懸浮電位造成對地放電，安裝時鐵芯及其他所有金屬構件都必須可靠接地。整個鐵芯只允許一點接地，避免了多個接地點之間形成閉合回路，造成鐵芯局部過熱。CRH2/CRH380A系列動車組3.結構說明2）繞組結構繞組是主變壓器的關鍵部件，為了保證變壓器可靠運行，變壓器繞組必須具有足夠的電氣強度、耐熱強度、機械強度和良好的散熱性能，使變壓器既能在額定條件下長期使用，又能經受住過渡過程（如短路、雷擊、操作等）所產生的過電壓、過電流以及相應的電磁力作用，不致發生絕緣擊穿、過熱、變形或損壞。圖5-3-14主變壓器繞組圖圖5-3-14中U、V為高壓繞組對外接線端子，S1、2、3、4為牽引繞組，a、b為輔助繞組。主變壓器原邊高壓繞組、牽引繞組采用鋁制線圈（CRH380A型牽引繞組采用銅質線圈），輔助繞組采用銅制線圈。技術參數見表5-3-2。CRH2/CRH380A系列動車組表4-3-2主變壓器線圈主要技術參數項目原邊高壓繞組牽引繞組輔助繞組總匝數10001/260×216材質鋁鋁或銅銅導線絕緣聚氨酸絕緣紙主變壓器原邊線路側套管選用一體型耐熱環氧樹脂注塑成型套管，套管連接到相鄰的高壓設備箱內的主斷路器上。主變壓器采用特殊A級絕緣，線圈內部使用聚酰胺絕緣紙板及Nomex410紙絕緣，冷卻介質的最高溫度可達135℃，大大提高了變壓器的溫升限值。（3）冷卻系統結構主變壓器運行中產生的所有損耗將轉變為熱量，使各部件的溫度升高，當主變壓器溫升超過規定的限值，將加速絕緣老化甚至損壞，直接影響主變壓器的使用壽命。變壓器在保證內部散熱能力良好的同時，其外部冷卻采用了油循環風冷卻方式。冷卻系統完成變壓器的散熱，冷卻回路如圖5-3-15所示。圖5-3-15冷卻回路圖CRH2/CRH380A系列動車組表4-3-2主變壓器線圈主要技術參數主變壓器冷卻系統主要由油冷卻器、電動油泵、電動鼓風機等部件組成。電動鼓風機從車輛側面吸人冷卻風，經柔性風道內的整風柵板送往油冷卻器，熱交換后的空氣從進氣風道對面的排氣風道排出，絕緣油在油冷卻器冷卻后被送往變壓器。油在流經繞組表面和鐵芯側而時吸收熱量。吸收熱量后的油經電動送油泵再次送往油冷卻器進行熱交換。為避免繞組出現過熱、甚至燒損，在循環回路的某部分安裝油流繼電器，進行油流停止檢測。使用時要注意檢查金屬網過濾器和整風柵板的污物附著狀態，及時清掃。1.概述CRH3系列動車組采用LOT6164型主變壓器，共兩臺，分別安裝在2車和7車的車下（CRH380B長編組動車組在2、7、10、15車各設置1臺變壓器），變壓器冷卻單元在每個變壓器的旁邊，如圖5-3-16所示。該變壓器為單系統變壓器，設計在AC25kV，50Hz電源電壓下使用。該電源電壓用于生成牽引電壓，它將一次繞組上的接觸網電壓轉換為四個二次繞組的電壓，并給牽引變流裝置供電。主變壓器總電路圖如圖5-3-17所示，主變壓器包括一個原邊繞組和四個次級繞組，配備有冷卻單元、油泵，以及溫度、流量、瓦斯繼電器等監測設備。圖5-3-17主變壓器總電路圖1-冷卻設備；2-法蘭葉；3-密封套管；4-PT100；5-流量計；6-油循環泵；7-補償器；8-主變壓器；9-膨脹油箱CRH2/CRH380A系列動車組CRH2/CRH380A系列動車組CRH3型動車組主變壓器冷卻單元安裝于車下主變壓器旁邊，其外形示意圖參見圖5-3-18。冷卻類型為ODAF，絕緣和冷卻介質為符合標準IEC60310的礦物油，散熱能力約為280kW。大多數冷卻液在油箱中，通過油泵將油箱中的熱液抽入到冷卻器中，經過冷卻處理的冷卻液通過另外一根管流回油箱中。為補償冷卻液的體積，油箱通過管路與膨脹油箱連接起來。CRH2/CRH380A系列動車組CRH3型動車組主變壓器所附帶傳感器包括瓦斯繼電器、油流繼電器和溫度傳感器。瓦斯繼電器：當被監控的設備部件正常運行時，則瓦斯繼電器會被填滿油并且浮體將會一直保持在上限或停止位置；如果出現故障造成氣體慢慢產生，氣泡最終會積聚在瓦斯繼電器中。油位的下降將使浮筒下降，當達到響應位置時，同浮筒組合在一起的水久性磁鐵操縱轉換觸點，最終會觸發報警信號。通過將測試按鈕快速旋轉至箭頭所指的停止位置可為浮筒解鎖并恢復至原始位置。油流繼電器：油流繼電器用于監測最小油流量，安裝在油箱和冷卻器之間的管道中。當油流動時帶動漿片運動并觸發一個微動開關，當冷卻油泵不能正常工作時，將會觸發高壓保護系統。溫度傳感器：CRH3C型動車組主變壓器配有兩個熱電阻溫度計，每個溫度計均置于填充了礦物油（僅2/3）的溫度計袋中。其中一個安裝在從變壓器油箱至冷卻系統的管道中。另外一個則安裝在從冷卻系統至變壓器油箱的管道中，用來記錄礦物油的溫度。當溫度傳感器所測得的溫度超出安全范圍后，將會觸發高壓保護系統。CRH2/CRH380A系列動車組2.結構說明（1）內部結構CRH3型動車組主變壓器為芯式變壓器，一個原邊繞組，四個牽引繞組，其內部結構參見圖5-3-19和圖5-3-20。鐵芯由2個軛架和2個芯柱構成，鐵芯為冷軋、角鐵制作的鐵板，具有耐高溫和絕緣表面。為降低損耗和噪聲級，鐵芯片已進行了充分的堆疊和壓制。兩個芯柱不用螺栓裝配，通過兩個樹脂浸漬繃帶壓制。這些繃帶在干燥爐中進行生產時已進行了硬化。頂部和底部壓力框架均使用抗磁性鋼制作而成，這些框架使用絕緣的非磁性螺栓緊固在一起。繞組為分層型繞組，通過強制冷卻以環層方式固定在鐵芯上。為防止絕緣材料長期運行后收縮，繞組已被充分烘干并緊密壓實以備在短路時能夠支撐軸向力。為防止電容性負載，磁性鐵芯要接地。接地帶由絕緣銅線構成，連接在鐵芯和壓擠框架、油箱內側之間。CRH2/CRH380A系列動車組2.外部結構主變壓器油箱裝配在列車底部，變壓器油箱為鋼結構，其設計結構適合承擔活動部件的重量以及絕緣和冷卻液等所有成份的重量，圖5-3-21為裝配活動部件的變壓器油箱。變壓器系統配有膨脹油箱。如圖5-3-22所示，它位于2/7車的車頂，從而補償因溫度變化而產生的冷卻劑量的變化。繞組為分層型繞組，通過強制冷卻以環層方式固定在鐵芯上。為防止絕緣材料長期運行后收縮，繞組已被充分烘干并緊密壓實以備在短路時能夠支撐軸向力。為防止電容性負載，磁性鐵芯要接地。接地帶由絕緣銅線構成，連接在鐵芯和壓擠框架、油箱內側之間。2.外部結構主變壓器油箱裝配在列車底部，變壓器油箱為鋼結構，其設計結構適合承擔活動部件的重量以及絕緣和冷卻液等所有成份的重量，圖5-3-21為裝配活動部件的變壓器油箱。變壓器系統配有膨脹油箱。如圖5-3-22所示，它位于2/7車的車頂，從而補償因溫度變化而產生的冷卻劑量的變化。CRH2/CRH380A系列動車組CRH5系列動車組。1.概述主變壓器將受電弓接收的25kV單相電轉換為1770V交流電，配有6個牽引繞組。每個牽引變流器均由主變壓器的2個牽引繞組供電。變壓器及其冷卻（熱交換器）系統采取緊湊型結構設計。6個電氣隔離的牽引繞組向2或3個牽引/輔助變流器供電。主變壓器內無輔助繞組。主變壓器通過強制油循環進行冷卻。冷卻油通