電力機車殼式一體化多繞組變壓器的製作方法
2023-05-20 11:27:31
專利名稱：電力機車殼式一體化多繞組變壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力變壓器，特別適用於電力機車。
現有電力機車用變壓器主要為心式變壓器，心式變壓器採用鐵心立放時，變壓器的高度很高，當變壓器油箱中需要布置多個電抗器時結構上難於實現，其線圈套在心柱上，需要許多拉螺杆、螺母、壓釘緊固，在使用過程中容易鬆動。
本實用新型的目的是克服現有電力機車用變壓器的缺點提供一種殼式一體化多繞組變壓器，它具有殼式的結構，對線圈具有較好的機械上的保護。其高度很低，便於布置多個電抗器與變壓器共油系統，做成適形油箱，可取消鐵心夾件，油箱簡化，變壓器體積減小，重量減輕，變壓器油減少。心式變壓器比殼式的用鐵較少而用銅較多，因此成本較高；殼式變壓器的技術指標及經濟指標都比較先進，其能耗低，過載能力強，結構緊湊，運行可靠。
本實用新型的技術方案是這樣實現的，一種電力機車殼式一體化多繞組變壓器是由鐵心、繞組、油箱、冷卻系統等組成，其特殊之處在於殼式變壓器採用矩形截面的殼式鐵心，總裝配時鐵心平放，高低壓繞組交疊放置於鐵心窗口中，鐵心將矩形餅式繞組包圍在其中，主變壓器的上油箱與下油箱壓緊鐵心焊為一體；6臺二合一平波電抗器、2臺供電電抗器布置在平波電抗器油箱內，電抗器油箱用螺栓緊固在主變壓器上、下油箱的上面，並與主變器油箱焊為一體；4臺空心輔助電抗器疊放用螺栓固定在主變壓器上油箱中；環氧澆注的高壓套管伸到機車車頂外，引進高壓電，在其下套裝有環氧澆注的高壓電流互感器送出被檢測的原邊高壓電流數據，對主變壓器進行保護；環氧澆注的低壓端子把主變壓器、電抗器與機車上電路連接在一起；鋁合金的儲油櫃用螺栓安裝在電抗器油箱上，中間用軟木橡膠密封墊，由全鋁合金板翅式冷卻器、潛油泵、油流繼電器、不鏽鋼波紋管、碟閥聯結一起構成強迫油循環系統，整個變壓器組裝後成為一整體，用螺栓固定在電力機車上。現結合附圖詳細描述本實用新型最佳實施例。
圖1為電力機車殼式一體化多繞組變壓器的剖視圖圖2為本發明創造的電力機車殼式一體化多繞組變壓器的主視圖圖3為本發明創造的電力機車殼式一體化多繞組變壓器的左視圖圖4為本發明創造的變壓器鐵心示意圖圖5為本發明創造的變壓器器身示意圖圖6為本發明創造的變壓器線圈布置和引線連接示意圖圖7為本發明創造的變壓器線圈低壓U型直槽板的示意圖圖8為本發明創造的變壓器線圈高壓U型直槽板的示意圖圖9為本發明創造的變壓器線圈U型外彎槽板的示意圖圖10為本發明創造的變壓器線圈U型內彎槽板的示意圖圖11為本發明創造的變壓器線圈L型直角板的示意圖圖12為本發明創造的變壓器線圈L型圓角板的示意圖圖13為本發明創造的變壓器線圈帶油道隔板的主視圖圖14為本發明創造的變壓器線圈帶油道隔板單面粘接墊塊的左視圖圖15為本發明創造的變壓器線圈帶油道隔板雙面粘接墊塊的左視圖圖16為本發明創造的主變壓器油流剖視示意圖圖17為本發明創造的平波電抗器、供電電抗器油流剖視示意圖圖18為本發明創造的油冷卻系統結構示意圖圖19為本發明創造的二合一平波電抗器及供電電抗器的結構示意圖圖20為本發明創造的電抗器的單臺工作時磁通流向示意圖圖21為本發明創造的殼式空心輔助電抗器的結構示意圖圖22為環氧澆注的高壓電流互感器示意圖圖23為環氧澆注的高壓套管示意圖圖24為環氧澆注的低壓10端子主視示意圖圖25為環氧澆注的低壓10端子左視示意圖圖26為環氧澆注的低壓6端子主視示意圖圖27為環氧澆注的低壓6端子左視示意圖圖28為環氧澆注的低壓單端子主視示意圖圖29為環氧澆注的低壓單端子左視示意圖圖30為本發明創造的電力機車殼式一體化多繞組變壓器接線原理圖一種電力機車用殼式一體化多繞組變壓器如圖1-3所示殼式變壓器採用矩形截面的殼式鐵心2，高低壓繞組3交疊放置於鐵心2窗口中，鐵心2將矩形餅式繞組3包圍在其中，主變壓器的上油箱5與下油箱1壓緊鐵心2焊為一體；6臺二合一平波電抗器10，2臺供電電抗器8布置在焊接的平波電抗器油箱11內，電抗器油箱11用螺栓緊固在主變壓器上油箱5與下油箱1的上面，並與其油箱焊為一體；4臺空心輔助電抗器4疊放用螺栓固定在主變壓器上油箱5中；環氧澆注的高壓套管6伸到機車78車頂外，引進25KV高壓電流，以便於主變壓器進行保護，環氧澆注的低壓端子32、33、35可方便的把變壓器、電抗器與電路連接在一起，鋁合金的儲油櫃9用螺栓安裝在電抗器油箱11上，中間用軟木橡膠密封墊13，由全鋁合金板翅式冷卻器12、潛油泵20、油流繼電器23、不鏽鋼波紋管24、碟閥21等組成強迫油循環系統，整個變壓器組裝後可整體用螺栓79固定在電力機車78車體上。
圖2為本發明創造的電力機車殼式一體化多繞組變壓器的主視圖圖中14環氧澆注的高壓電流互感器接線座；6環氧注的高壓套管；15油位表；16導向座；17防爆上玻璃；18壓力釋放閥；19活門；20潛油泵；21蝶閥；22油瘟度計；9鋁合金儲油櫃；13軟木橡膠密封墊；23油流繼電器；24波紋管；12板翅式冷卻器；25冷卻器支架；26底座；27吊耳；28接地螺栓；29銘牌；30變壓器上、下油箱焊縫；11平波電抗器油箱。
圖3為本發明創造的電力機車殼式一體化多繞組變壓器的左視圖圖中31吸溼器；32環氧澆注的單端子；33環氧澆注的十端子；34高壓套管筒；35環氧澆注的六端子；36放油活門；37接線端子手孔蓋；38高壓套管筒與電抗器油箱聯管；78電力機車，79螺栓。
圖4為本發明創造的變壓器鐵心示意圖殼式變壓器的鐵心2較心式的簡單，如圖4所示，採用30Q140矽鋼片，斜接縫，雙口子型，鐵心中部用絕緣紙壓緊，中間鐵似採用楔形板把線圈壓緊。為減少線圈漏磁引起的附加損耗，油箱上壓緊鐵心用的U形鐵心壓臺，楔形板及其上、下墊板均採用不鏽鋼板，並在線圈內腔的鐵心上、下方裝設油矽鋼片疊制的磁分路。鐵心壓緊後上、下箱沿焊死。
圖5為本發明創造的變壓器器身示意圖線圈繞組3疊裝整形後成一個整體，立起放入變壓器下油箱中，疊裝鐵心，當鐵心疊好後裝入楔板、磁分路等，用變壓器上油箱壓緊鐵心，把上、下箱沿用電焊焊死。然後把變壓器翻轉平放。
圖中3指導變壓器的交錯式排列的線圈組；2指變壓器的矩形鐵心。
圖6為本發明創造的變壓器線圈布置和引線連接示意圖主變壓器所有線圈均採用餅式線圈，並錯排列，如圖5所示。網側線圈的一端X永久接地，稱為接地端；另一端A與接觸網連接，稱為高壓端。為提高耐衝擊過電壓能力，除首端4線餅(第25～28餅)採用加強絕緣導線、增大餅間油道和隔板數外，在第一線餅側還裝設了薄銅板製成的靜電屏，它與網側線圈引出線端頭相連接，以改善匝間電容的分布，降低起始位梯度。為保證低壓電路工作的可靠性，與高壓端鄰近的牽引線圈側裝有接地屏。
網側線圈(第5～12餅，第25～32餅)採用Nomex紙包的兩根複合導線右繞，餅間換位以減少附加損耗。複合導線由兩根3.5×4.75mm扁銅線內包2層0.08mmNomex紙，外包4層(或5層)0.08mmNomex紙組合而成。
牽引、輔助和勵磁線圈均由銅板下料焊接而成，下料尺寸相同，僅板厚不同。牽引線圈板厚2.5mm後，輔助和勵磁線圈板厚1mm厚。每餅匝間採用2層0.2mm絕緣紙板中間加1層0.18mm厚Nomex紙板作為匝間絕緣。
牽引線圈線餅有兩種，一種為2匝(或3匝)右繞(第13餅)，另一種為4匝右繞。(第14餅)勵磁線圈只有一餅(第37餅)，兩個3匝，右繞。
取暖線圈有2餅(第19～20餅)，由Nomex紙包的換位導線(9根)繞制。
整個線餅通過成組工藝做成一個外觀平整的絕緣整體。
圖7為本發明創造的變壓器線圈低壓U型直槽板的示意圖低壓U型直槽板39，內粘墊塊，用絕緣紙板墊壓成形，有多種尺寸規格，分別套在每餅低壓線圈(銅板焊接線圈)上。
圖8為本發明創造的變壓器線圈高壓U型直槽板的示意圖高壓U型直槽板40，用絕緣紙板墊壓成形，也有多種尺寸規格，分別套在每餅高壓(或者叫網側)線圈和取暖線圈上。
圖9為本發明創造的變壓器線圈U型外彎槽板的示意圖U型外彎槽板41，用紙漿熱壓成型。
圖10為本發明創造的變壓器線圈U型內彎槽板的示意釁U型內彎槽板42，也是用紙漿墊壓成型。其與圖9中的U型外彎槽板和皺紋紙，絕緣紙板把靜電屏與接地屏包起來。
圖11為本發明創造的變壓器線圈L型直角板的示意圖整個線圈分為7組，每組的上、下布置L型直角板43，把線圈繞組包起來進行整形以及組裝。
圖12為本發明創造的變壓器線圈L型圓角板的示意圖L型圓角板44墊在整個線圈的內腔，做為變壓器鐵心與線圈間的絕緣。
圖13為本發明創造的變壓器線圈帶油道隔板的主視圖圖中絕緣墊塊46，用膠粘接在絕緣紙板45上。
圖14為本發明創造的變壓器線圈帶油道隔板單面粘接墊塊的左視圖只有一面粘接墊塊。
圖15為本發明創造的變壓器線圈帶油道隔板雙面粘接墊塊的左視圖雙面粘接墊塊。
圖7～圖15絕緣件，一起構成線圈的餅間絕緣和導向的油循環通路。
圖16為本發明創造的主變壓器油流剖視示意圖圖中12油冷卻器；47流出冷卻器的變壓器油；48流進冷卻器的變壓器油；4輔助電抗器；3主變壓器線圈；2主變壓器鐵心。
圖17為本發明創造的平波電抗器、供電電抗器油流剖視示意圖圖中49流出潛油泵的變壓器油；20潛油泵；50油流導向板；8a供電電抗器鐵心；8b供電電抗器線圈；10a平波電抗器鐵心；10b平波電抗器線圈。
圖18為本發明創造的油冷卻系統結構示意圖圖中51冷卻空氣；10平波電抗器；50油流導向板；8供電電抗器；3主變壓器線圖；2主變壓器鐵心。
潛油泵把平波電抗器油箱中的熱油抽出，通過聯管壓入油冷卻器(散熱器)，被油冷卻器冷卻後變為冷油，進入主變壓器油箱(下油箱側)，通過線圈油道冷卻主變壓器線圈、鐵心後到達主變壓器上油箱，通過高壓套管筒，可帶走輔助電抗器部分熱量，進入平波電抗器油箱，首先冷卻供電電抗器，然後依次冷卻平波電抗器後到潛油泵完成一個冷卻循環。
圖19為本發明創造的二合一平波電抗器及供電電抗器的結構示意圖共有6臺平波電抗器10及2臺供電電抗器8。為減少尺寸和重量，採用新的結構，即將兩臺電抗器鐵心合一，每一鐵心柱上套裝一臺電抗器線圈，當浸澤或塗環氧樹脂後，用鐵心壓板穿心螺杆夾緊固定為一個整體，用壓梁壓緊鐵心，下部器身箱底用定位釘，上部器身利用壓梁與箱壁固定定位。
圖中表示兩臺電抗器同時工作時磁通的流向。此時中間磁路無磁通流過，主磁通為兩個繞組產生的磁通疊加，可在繞組教少的情況下，獲得較大的電感值。與獨立鐵心結構相比，在獲得同樣電感值的情況下，重量可減輕30％。
圖中52表示電抗器線圈。線圈為連續式餅式線圈由4組Nomex紙包的組合導線並繞；供電電抗器線圈由換位導線(9根)並繞。
圖中53表示鐵軛。鐵軛截面為矩形。
圖中54表示鐵心餅。其截面為多級階梯壯的近似圓形，每一心柱分為5段，使得鐵心氣隙分散布置。氣隙分段後，每段氣隙相對變小，繞行磁通相應減少，產生的渦流損耗和噪音可顯著減小。
圖中55表示中間磁分路，截面為矩形。
圖20為本發明創造的電抗器的單臺工作時磁通流向示意圖圖中表示單臺電抗器工作時磁通的流向。此時一部分磁通流入中間磁分路，此時電感值僅比2臺同時工作時的額定值低約10％。
圖21為本發明創造的殼式空心輔助電抗器的結構示意圖共有4臺輔助電抗器4。為了減少尺寸和重量，採用殼式空心電抗器結構，2臺電抗器為一組，鐵心為H型鐵心，其上、下各放一臺電抗器線圈，線圈的上面和另外一臺電抗器線圈下面布置上、下鐵軛，用壓板拉緊固定為一整體，並浸漆以減小運行噪聲，增強承受機車的振動和衝擊的能力。
圖中56表示電抗器線圈；57表示鐵軛；58表示H型鐵心。
圖22為環氧澆注的高壓電流互感器示意圖歷年來我國生產的電力機車，網側高壓均是通過受電弓、主斷路器和車頂穿牆套管後，再接到主變壓器高壓套管。高壓電流互感器套在穿牆套管上，體積大，精度低。本發明創造改變了過去的傳統，直接將變壓器高壓套管伸到車頂外，而將環氧澆注的高壓電流互感器裝入變壓器油箱內，使整體結構更為緊湊合理。圖中59指環氧樹脂澆注體；60指2次線圈；61指絕緣件；62指環行鐵心。
圖23為環氧澆注的高壓套管示意圖圖中63指導電桿；64指螺母；65指封蓋；66指密封墊；67指高壓瓷套；68指環氧樹脂；69紙密封墊；70指法蘭；71指環氧樹脂膠體。
在導電桿63上在澆注前繞有思高帶，可防治高壓時的電暈。
圖24為環氧澆注的低壓10端子主視示意圖10個出線端子，短頭單孔接平波及供電電抗器的引線，另外一頭與機車電路連接。
圖25為環氧澆注的低壓10端子左視示意圖圖中72指環氧樹脂；73指鍍銀鋁排。整體澆注為一體，用螺栓把在電抗器箱體上。
圖26為環氧澆注的低壓6端子主視示意圖6個出線端子，短頭單孔接變壓器內的輔助、勵磁、取暖及輔助電抗器引線。外與機車電路相連。
圖27為環氧澆注的低壓6端子左視示意圖圖中74指環氧樹脂；75指鍍銀鋁排。整體澆注為一體，用螺栓指在變壓器箱體上。
圖28為環氧澆注的低壓單端子主視示意圖低壓單端子，內與變壓器牽引繞組引線相接，外與機車電路相連。
圖29為環氧澆注的低壓單端子左視示意圖圖中76指環氧樹脂；77指鍍銀鋁排。整體澆注為一體，用螺栓把在變壓器箱體上。
圖30為本發明創造的電力機車殼式一體化多繞組變壓器接線原理圖圖中AX表示變壓器的網側(原邊高壓)繞組；a1b1×1；a2b2×2；a3×3；a4×4表示變壓器的牽引繞組；a5×5；a6×6表示變壓器的勵磁繞組；a7b7×7表示變壓器的輔助繞組；a8×8；a9×9表示變壓器的取暖繞組；K31K32；K41K42表示2臺供電電抗器繞組；L1L11；L1L12；L2L21；L2L22表示4臺輔助電抗器繞組；k1k2表示高壓電流互感器繞組；圖中·表示變壓器的同銘端。
本實用新型與現有技術相比具有以下優點1.變壓器可布置在電力機車車體上。
2.變壓器容量大，體積小，與多個電抗器、電流互感器共同組成一體化多繞組的組合變壓器。
3.變壓器、電抗器出線方便，布置合理，與電力機車上電路連接簡單，便於接線。
4.鐵心夾緊不採用傳統的螺栓、螺母結構，線圈壓緊不採用傳統的壓釘結構，採用適形油箱壓緊線圈、鐵心，可預防在使用過程中螺栓鬆動引起的故障。
5.線圈不採用園筒式結構，而採用餅式線圈，線圈油道特殊設計，採用強迫油循環冷卻，大大提高變壓器的過載能力。
6.採用軟木橡膠墊密封，解決變壓器的滲漏油。
7.採用鋁合金的儲油櫃、16Mn焊接的油箱，可減輕變壓器的重量。
8.二合一的平波電抗器、供電電抗器，結構緊湊，電感相互影響小。
9.殼式空心輔助電抗器，4臺疊放，結構緊湊，體積小，重量輕，電感值穩定。
權利要求1.一種電力機車殼式一體化多繞組變壓器是由鐵心、繞組、油箱、冷卻系統等組成，其特徵在於殼式變壓器採用矩形截面的殼式鐵心，總裝配時鐵心平放，高低壓繞組交疊放置於鐵心窗口中，鐵心將矩形餅式繞組包圍在其中，主變壓器的上油箱與下油箱壓緊鐵心焊為一體；6臺二合一平波電抗器、2臺供電電抗器布置在平波電抗器油箱內，電抗器油箱用螺栓緊固在主變壓器上、下油箱的上面，並與主變器油箱焊為一體；4臺空心輔助電抗器疊放用螺栓固定在主變壓器上油箱中；環氧澆注的高壓套管伸到機車車頂外，引進高壓電，在其下套裝有環氧澆注的高壓電流互感器送出被檢測的原邊高壓電流數據，對主變壓器進行保護；環氧澆注的低壓端子把主變壓器、電抗器與機車上電路連接在一起；鋁合金的儲油櫃用螺栓安裝在電抗器油箱上，中間用軟木橡膠密封墊，由全鋁合金板翅式冷卻器、潛油泵、油流繼電器、不鏽鋼波紋管、碟閥聯結一起構成強迫油循環系統，整個變壓器組裝後成為一整體，用螺栓固定在電力機車上。
專利摘要電力機車殼式一體化多繞組變壓器涉及一種電力變壓器，用於電力機車，它採用矩形截面鐵心，高低壓繞組交疊放置於鐵心窗口中，鐵心猶如一個外殼，將繞組包圍在其中，殼式的結構對線圈具有較好的機械上的保護。其高度很低，便於布置多個電抗器與變壓器共油系統，做成適形油箱，可取消鐵心夾件，油箱簡化，變壓器體積減小，重量減輕，變壓器油減少。心式變壓器比殼式的用鐵較少而用銅較多，因此成本較高；殼式變壓器的技術指標及經濟指標都比較先進，其能耗低，過載能力強，結構緊湊，運行可靠。
文檔編號H01F27/06GK2522995SQ0220490
公開日2002年11月27日 申請日期2002年3月1日 優先權日2002年3月1日
發明者楊永林, 李榆倉, 貟引院, 馬錄寶, 郝朝陽, 張金平 申請人:大同機車廠