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1、 高等教育自学考试毕业设计（论文） 北京交通大学北京交通大学毕业设计（论文）题目： 牵引变电所变压器常见故障及防范措施 姓名： 冷雪冬 专业： 电气工程及自动化 工作单位： 吉林铁道职业技术学院 职 务： 学 生 准考证号： 291714102891 联系电话： 13894707296 设计（论文）指导教师： 陈洪军 发题日期：2015年6月 10日 完成日期：2015年6月 30日毕业设计（论文）评议意见书专业电气工程及自动化姓 名冷雪冬题目牵引变电所变压器常见故障及防范措施指导教师评阅意见成绩评定： 指导教师： 年 月 日答辩组意见答辩组负责人：年 月 日备注毕业设计（论文）任务书毕业设计
2、（论文）题目:牵引变电所变压器常见故障及防范措施一、毕业设计（论文）内容本篇论文主要研究牵引变电所变压器工作原理及结构，变压器常见故障及防范措施。二、基本要求熟练掌握牵引变电所主接线，牵引变电所变压器工作原理及结构，变压器放电故障，变压器绝缘故障的原因及处理。三、重点研究的问题1. 牵引变电所变压器故障类型2. 变压器故障产生的原因及解决方案3.变压器常见故障的防范措施四、主要技术指标五、其他需要说明的问题下达任务日期： 2015 年 06 月10 日要求完成日期： 2015 年 06 月 30 日 指导教师： 陈洪军中 文 摘 要牵引变电所向电气化铁道或城市轨道交通电力牵引等提供电能和变换、
3、分配电能的电气装置与设施。其功能是将电力系统的三相交流电经降压、整流或变频后，供电力机车和动车组使用。 类型与主要设施根据电力牵引采用电流制的不同，牵引变电所区分为直流、低频交流及工频交流三种类型。直流牵引变电所具有降压和整流两种功能，主要设备有降压变压器及整流装置。用于直流制电气化铁路、矿山与城市轨道交通电力牵引系统。低频交流牵引变电所具有降压和变频两种功能，主要设备有降压变压器、变频设备和升压变压器。电力系统的三相工频交流电，经降压并将工频变换成低频162/3Hz，供具有单相整流子牵引电机的机车使用。这种牵引变电所在西欧一些国家（德国、瑞士、瑞典等）得到采用。工频交流牵引变电所的主要功能是
4、降压，主要设备是降压变压器，以及无功、谐波综合补偿装置等，随着工频交流电力牵引制的发展，这类牵引变电所在中国、欧洲等不少国家得到广泛应用。关键字：牵引变电所 变压器 整流 电力系统目 录第1章 绪 论11.1 概述11.2 牵引变配电所外部电源11.3 牵引变配电所的主接线11.3.1 开闭所21.3.2 分区亭21.3.3 AT所21.3.4 变配电所变压器2第2章 变压器工作原理及结构42.1 变压器工作原理42.2 变压器的结构4第3章 短路电流引起的故障63.1 短路电流引起的故障63.2 短路电流的防范措施7第4章 变压器放电故障及影响94.1 放电故障对变压器的影响94.2 变压器
5、局部放电故障94.3 变压器火花放电故障114.4 变压器电弧放电故障124.5 变压器放电故障防范措施12第5章 变压器绝缘故障145.1 固体纸绝缘故障145.2 液体油绝缘故障175.3 变压器油的性能175.4 变压器油劣化的原因185.5 变压器油劣化的过程185.6 变压器油质分析、判断利维护处理19参考文献22第一章 绪 论1.1 概述牵引变配电所的功能是将三相的110KV（或220 KV）高压交流电变换为两个单相的27.5KV的交流电，然后向铁路上、下行两个方向的接触网（额定电压为25KV）供电。牵引变电所为了完成接受电能，高压和分配电能的工作，其电气主接线可分为两部分，一次主
6、接线和二次接线。本设计完成一次主接线设计，比较七种不同的基本接线形式和选定变压器结线方式，设计出以斯科特结线变压器为主变压器的双T接线AT供电系统牵引变电所。1.2 牵引变配电所外部电源牵引供电系统一般又由铁路以外的容量较大的电力系统供电。电力系统有许多种电等级网络和设备，其中110KV及以上电压等级的输电线路，用区域变电所中的变压器联系起来，主要用于输送强大电力，利用它们向电气化铁路的牵引变电所输送电力，供电牵引用力。为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所高压输电线路无一例外地为双回线。两条双回线互为备用，平时均处于带点状态，一旦一条回路发生供电故障，另一条会自动投入，从而保证不间断
7、供电。1.3 牵引变配电所的主接线牵引变电所(包括分区亭、开闭所，AT所等)，为了完成接受电能，高压和分配电能的工作，其电气接线可分为两大部分：一次接线(主接线)和二次接线。主接线是指牵引变电所内一次主设备(即高压、强电流设备)的联接方式，也是变电所接受电能、变压和分配电能的通路。它反映了牵引变电所的基本结构和功能。二次接线是指牵引变电所内二次设备(即低电压、弱电流的设备)的联接方式。其作用是对主接线中的设备工作状态进行控制，监察、测量以及实现继电保护与运动化等。二次接线对一次主设备的安全可靠运行起着重要作用。 主接线是根据变电所的容量规模、性能要求、电源条件及配电出线的要求确定的，其基本主接
8、线型式有：单母线分段接线、劳旁路母线的单母线分段接线、双母线接线、桥式接线、双T式(即分支式)接线等。1.3.1 开闭所所谓开闭所，是指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所，一般有两条进线，然后多路馈出向枢纽战场接触各分段供电。进线和出线均经过断路器，以实现接触网各分段停、供电灵活运行的目的。又由于断路器对接触网短路故障进行保护，从而可以缩小事故停电范围。1.3.2 分区亭分区亭设于两个牵引变电所的中间，可使相邻的接触网供电区段(同一供电臂的上、下行或两相邻变电所的两供电臂)实现并联或单独工作。如果分区厅两侧的某一区段接触网发生短路故障，可由供电的牵引变电所馈电线断路器及分区亭断路器
9、，在继电保护的作用下自动跳闸，将故障段接触网切除，而非故障段的接触网仍照常工作，从而使事故范围缩小一半。1.3.3 AT所牵引网采用AT供电方式时，在铁路沿线每隔10km左右设置一台自耦变压器AT，该设置处所称做AT所。1.3.4 变配电所变压器牵引变电所内的变压器，根据用途不同，分为主变压器(牵引变压器)、动力变压器、自耦变压器(AT)、所用变压器几种；根据接线方式不同，又有单相变压器、三相变压器、三相-二相变压器等。尽管变压器的类型、容量、电压等级千差万别，但其基本原理都是一样的，其作用都是变换电压，传输电能，以供给不同的电负荷。适合电力机车使用的27.5KV的单相电。由于牵引负荷具有极度
10、不稳定、短路故障多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电力负荷恶劣的多，因此要求牵引变压器过负荷和抗短路冲击的能力要强，这也是牵引变压器区别于一般电力变压器的特点。动力变压器一般是给本所以外的非牵引负荷供电，电压等级一般为27.5/10KV，容量从几百至几千KVA不等。自耦变压器(AT)是AT供电的专用变压器，自身阻抗很小，一般沿牵引网每1020km设一台，用以降低线路阻抗，提高网压水平及减少通信干扰用干扰。所用变压器(又称自用电变压器)是给本所的二次设备、检修设备以及日常生活、照明负荷供电的设备，电压一般为27.5/0.4KV或27.5/0.23KV，容量从几十至几百KVA不等。第二章 变压器
11、工作原理及结构2.1 变压器工作原理当变压器一次侧施加交流电压,流过一次绕组的电流,则该电流在铁芯中会产生交变磁通，使一次绕组和二次绕组发生电磁联系，根据电磁感应原理，交变磁通穿过这两的绕组就会感应出电动势，其大小与绕组匝数以及主磁通的最大值成正比，绕组匝数多的一侧电压高，绕组匝数少的一侧电压低，当变压器二次侧开路，即变压器空载时，一二次端电压与一二次绕组匝数成正比，变压器启动到变换电压的目的。当变压器二次侧接入负载后，在电动势E2的作用下，将有二次电流通过，该电流产生的电动势，也将作用在同一铁芯上，起到反向去磁作用，但因主磁通取决于电源电压，而U1基本保持不变，故一次绕组电流必将自动增加一个
12、分量产生磁动势F1,以抵消二次绕组电流所产生的磁动势F2，在一二次绕组电流L1、L2作用下，作用在铁芯上的总磁动势（不计空载电流I0）,由式可知，I1和I2相同，所以由式可知，一二次电流比与一二次电压比互为倒数，变压器一二次绕组功率基本不变，（因变压器自身损耗较其传输功率相对较小），二次绕组电流I2的大小取决于负载的需要，所以一次绕组电流I1的大小也取决于负载的需要，变压器起到了功率传递的作用。2.2 变压器的结构铁心是变压器中主要的磁路部分。通常是由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭起到闭
13、合磁路之用。铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。变压器的基本原理是电磁感应原理，以单相双绕组变压器为例说明，当一次侧绕组加上电压U1时，流过电流I1，在铁芯中就产生交变磁通1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势E1，E2，感应电势公式为：E=4.44fNm式中： E-感应电势有效值 f-频率 N-匝数 m-主磁通最大值 由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降低后，电压U1和U2大小也就不同。 当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（I0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负
14、载流过负载电流I2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流I0，一部分为用来平衡I2，所以这部分电流随着I2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。第三章 短路电流引起的故障3.1 短路电流引起的故障如果变压器内部发生短路，其短路电流的大小很难通过计算得到，因为短路位置的不同，将决定变压器内部实际起作用的阻抗的大小。实际上越靠近高电压引线变压器的阻抗就越小，短路电流越大。例：如果在低压引线发生短路，则变压器线圈的阻抗基本上都起限流作用，这时短路电流较小。如果是高压引线发生故障，则线圈没有限流作用，在限制短路电流的基本上只有系统阻抗了。短路电动力引起绕组变形故障。变压器绕组变形频率响应测试仪，根据对变压器内
