Назначение
Трансформатор тяговый предназначен для преобразования напряжения контактной сети с номинальным значением 25 кВ, 50 Гц в напряжение питания тяговых двигателей и цепей собственных нужд, подключенных к тяговому преобразователю. Также, в режиме рекуперативного торможения, тяговый трансформатор обеспечивает обратную трансформацию (повышение) напряжения с входных клемм тягового преобразователя, до уровня напряжения контактной сети. На электропоезде применяется трансформатор тяговый однофазный типа ОНДЦВ-1650/25 У1, устанавливаемый в подвагонном пространстве вагонов 2 и 4 (обозначение в схеме 1.02.А.23).
Интерфейс подключения трансформатора главного однофазного
Основные технические характеристики тягового трансформатора и условия его эксплуатации приведены в таблице 9.1.
Таблица 9.1 – Технические характеристики тягового трансформатора
| Наименование параметра | Значение |
| 1 | 2 |
| Номинальная мощность тягового трансформатора, кВА | 1650 |
| Номинальная частота контактной сети, Гц | 50 |
| Количество обмоток: | |
| – первичная | 1 |
| – вторичная | 4 |
| – реактор | 1 |
| Первичная обмотка: | |
| – номинальная мощность, кВА | 1650 |
| – номинальное напряжение, кВ | 25 |
| – номинальный ток, А | 66 |
| Вторичные (тяговые) обмотки: | |
| – номинальное напряжение, В (при 25 кВ в первичной обмотке) | 1668 |
| – номинальный ток, А | 1×516 |
| 1×396 | |
| – номинальная мощность, кВА | 1×860 |
| 1×660 | |
| Вторичная (питания шины отопления) обмотка: | |
| – номинальная мощность, кВА | 130 |
| – номинальное напряжение, В | 2994 |
| – номинальный ток, А | 43,4 |
| Реактор: | |
| – дифференциальная номинальная индуктивность, мГн | 22 |
| – номинальное напряжение, кВ (постоянный ток) | 3 |
| – номинальный ток, А | 441 |
| Класс нагревостойкости изоляции обмоток | Н |
| Класс нагревостойкости обмоток | F |
| Класс нагревостойкости охлаждающей жидкости | О |
| Степень защиты по ГОСТ 14254 | IP55 |
| Габаритные размеры (длина-ширина-высота), мм, не более | 3230x1900x780 |
| Масса, кг, не более | 3700 |
| Условия эксплуатации трансформатора | |
| Климатическое исполнение | У |
| Категория размещения по ГОСТ 15150 | 1 |
| Верхнее рабочее значение температуры окружающего электропоезд воздуха, ° С | плюс 40 |
| Нижнее рабочее значение температуры окружающего электропоезд воздуха, 0 С | минус 50 |
| Верхнее предельное рабочее значение температуры окружающего электропоезд воздуха, ° С | плюс 45 |
| Нижнее предельное рабочее значение температуры окружающего электропоезд воздуха, ° С | минус 50 |
| Группа условий эксплуатации по механическим воздействиям по ГОСТ 17516.1 | М25 |
Устройство
Тяговый трансформатор состоит из корпуса, активной (силовой) части, системы охлаждения, защитных и контрольных устройств. Корпус трансформатора изготовлен в виде резервуара и представляет собой стальную конструкцию, полностью заполненную изоляционно-охлаждающей жидкостью. На все внешние поверхности резервуара нанесено двухкомпонентное многослойное покрытие. Внутренние поверхности резервуара и трубопроводов имеют покрытие, стойкое к воздействию изоляционно-охлаждающей жидкости. Верхняя часть резервуара имеет фланцы для крепления к раме кузова (рисунок 9.1).
Рисунок 9.1 – Трансформатор тяговый однофазный: 1 – корпус (резервуар); 2 – фланцы крепления; 3 – измерительный трансформатор тока; 4 – панель выводов; 5 – разгрузочный клапан; 6 – устройство слива изоляционно-охлаждающей жидкости; 7 – осушитель; 8 – короб кабелей системы управления; 9 – поплавковый выключатель; 10 – реле протока; 11 – фланцевая заслонка; 12 – насос изоляционноохлаждающей жидкости; 13 – пластинчатый теплообменник; 14 – резистивный термометр; 15 – ввод (U) первичной обмотки.
В резервуаре устанавливается активная (силовая) часть трансформатора, состоящая из сердечника, первичной обмотки, четырех вторичных обмоток и реактор. Сердечник выполнен из холоднокатаной, трансформаторной стали с ориентированной зернистой структурой. Все обмотки состоят из высококачественных медных проводов. Подключение обмоток осуществляется через контактные гнезда. По первичной обмотке (U-Е) главного трансформатора протекает однофазный переменный ток контактной сети напряжением 25 кВ подлежащий трансформации.
Две вторичные (тяговые) обмотки (1.1 – 1.2 и 2.1 – 2.2) предназначены для питания инверторов тягового преобразователя. Дополнительно, при питании электропоезда от контактной сети, электрифицированной на постоянном токе напряжением 3 кВ, эти обмотки вместе с реактором выполняют функции сетевого фильтра. Вторичная обмотка (4.1 – 4.2) при питании электропоезда от контактной сети, электрифицированной на однофазном переменном токе напряжением 25 кВ, обеспечивает питания шины отопления электропоезда. Четвертая вторичная (фильтровая) обмотка (3.1 – 3.2) не используется и является опционной.
Реактор предназначен для сглаживания пульсаций тока в цепи питания тягового преобразователя при питании электропоезда от контактной сети, электрифицированной на постоянном токе напряжением 3 кВ. Вывод первичной обмотки (Е) и вводы – выводы вторичных обмоток собраны на панели выводов и также закрыты защитным кожухом (рисунок. 9.2).
Рисунок 9.2 – Панель выводов
Ввод первичной обмотки (U) расположен на торцевой поверхности корпуса главного трансформатора и закрыт защитным кожухом. Для подключения кабеля к вводу используется угловой штекер с наружным конусом, тип ввода С, по стандарту EN 50180 (рисунок 9.3).
Рисунок 9.3 – Угловой штекер с наружным конусом, тип ввода С, по стандарту EN 50180: 1 – изоляционная вставка из этиленпропиленового каучука; 2 – внешняя изоляционная оболочка из этиленпропиленового каучука; 3 – изоляционный слой этиленпропиленового каучука; 4 – ввод типа С по стандарту EN 50180; 5 – кабельный наконечник; 6 – изолирующей корпус штекера; 7 – резиновая изоляционная трубка; 8 – резиновый колпачок; 9 – шпилька с гайкой и шайбой; 10 – провод заземления.
Система охлаждения главного трансформатора включает в себя пластинчатый теплообменник, нанос охлаждающей жидкости, трубопроводы с фланцевыми заслонками, расширительный бак и осушитель. Пластинчатый теплообменник — это устройство, в котором, через гофрированные пластины стянуты в пакет, осуществляется передача тепла от изоляционно-охлаждающей жидкости главного трансформатора к охлаждающей жидкости установки охлаждения. При этом пластины с горячей и охлаждающей жидкостью располагаются поочередно. Циркуляция изоляционно-охлаждающей жидкости главного трансформатора через теплообменник, обеспечивается электрическим насосом, который включается в работу во время запуска главного трансформатора.
Защитная крышка углового штекера с наружным конусом, тип ввода С, по стандарту EN 50180
Технические данные насоса охлаждающей жидкости приведены в таблице 9.2. Таблица 9.2 -Технические характеристики насоса охлаждающей жидкости
| Наименование параметра | Значение |
| Напряжение питания электродвигателя, В | 380 |
| Частота напряжения, Гц | 50 |
| Частота вращения двигателя, об/мин | 2900 |
| Номинальная мощность, Вт | 2000 |
| Номинальный ток, А | 4,0 |
| Производительность, м3/ч | 42 |
| Вес, кг | 46 |
Насос охлаждающей жидкости представляет собой полностью герметичный, бессальниковый агрегат, выполненный в одном корпусе с трехфазным асинхронным электродвигателем (рисунок 9.4).
На оси электродвигателя со стороны всасывания, посажено рабочее колесо – крыльчатка. Вал ротора электродвигателя через подшипники качения опирается на фланцевые направляющие. Электродвигатель заключен в «рубашку», между которой и корпусом насоса образуются каналы для протекания перекачиваемой изоляционно-охлаждающей жидкости, при этом поток жидкости одновременно охлаждает и сам электродвигатель.
Рисунок 9.4 – Насос охлаждающей жидкости: 1 – входной и выходной фланцы; 2 – деаэрационный винт; 3 – клеммная коробка; 4 – клеммы; 5 – обмотка статора; 6 – обмотка ротора; 7 – рабочее колесо (крыльчатка); 8 – уплотнительное кольцо; 9 – фланцевая направляющая; 10, 15 – подшипник качения; 11 – сердечник ротора; 12 – корпус насоса; 13 – сердечник статора; 14 – вал ротора электродвигателя; 16 – «рубашка» электродвигателя.
На входе и выходе насоса для соединения с масляным трубопроводом крепятся входной и выходной фланцы, уплотненные по месту посадки кольцами. Для удаления воздуха из системы охлаждения, на корпусе насоса установлен деаэрационный винт. В верхней части корпуса, установлена клеммная коробка с отверстием для подводящего кабеля, который крепится к клеммам при помощи болтов. Фланцевые заслонки предназначены для обеспечения возможности монтажа и демонтажа насоса охлаждающей жидкости или теплообменника без необходимости слива всей изоляционно-охлаждающей жидкости из системы.
На трубопроводах системы охлаждения трансформатора установлены три фланцевые заслонки (рисунок 9.5).
Рисунок 9.5 – Расположение фланцевых заслонок: 1 – фланцевая заслонка на входе в корпус; 2 – фланцевая заслонка на выходе из насоса; 3 – фланцевая заслонка на входе в насос.
Внутри каждой заслонки расположен поворотный плунжер, который для исключения утечек охлаждающей жидкости уплотнен кольцами. Верхней частью плунжер взаимодействует со шпинделем, который зафиксирован в заслонке нажимным винтом с дистанционным кольцом и закрыт колпаком. В верхней части шпинделя имеется указатель положения (рисунок 9.6). Перед приведением в действие фланцевой заслонки, сначала снимается колпак, далее для разгрузки, отворачивается на пол-оборота нажимной винт. После этого, вращением шпинделя приводится в действие фланцевая заслонка и вновь затягивается нажимным винтом, для предотвращения самопроизвольного вращения заслонки. Для открытия заслонки, шпиндель необходимо вращать в направлении против часовой стрелки, для закрытия заслонки – по часовой.
Фланцевые заслонки обеспечивают полную герметичность в течение времени необходимого для монтажа или демонтажа.
Рисунок 9.6 – Фланцевая заслонка (слева – в положении закрыто, справа – в положении открыто): 1, 4, 7, 9 – уплотнительные кольца; 2 – дистанционное кольцо; 3 – нажимной винт; 5 – шпиндель; 6 – колпак; 8 – шайба; 10 – плунжер.
Расширительный бак (рисунок 9.7) предназначен для хранения запаса изоляционно-охлаждающей жидкости в целях компенсации ее уровня, связанных с изменением объема при колебаниях температуры. Расширительный бак расположен сверху корпуса главного трансформатора. Уровень жидкости в расширительном баке контролируется через смотровое окно. Компенсация воздуха обеспечивается соединением с атмосферой через осушитель. Для пополнения уровня изоляционно-охлаждающей жидкости имеется резьбовая пробка.
Вид на пластинчатый теплообменник и фланцевые заслонки главного трансформатора
При колебаниях температуры изоляционно-охлаждающей жидкости происходит изменение ее объема в расширительном баке. Компенсация воздуха в расширительном баке обеспечивается атмосферным воздухом через осушитель, при этом осушитель удаляет влагу из всасываемого влажного воздуха. Одновременно, осушитель служит для поддержания низкого содержания влаги в изоляционно-охлаждающей жидкости. Осушитель состоит из прозрачного резервуара, заполненного силикагелем (гранулы высушенного геля перенасыщенного раствора кремниевых кислот, являющиеся абсорбентом).
Верхняя и нижняя часть осушителя выполнены из прочного алюминиевого литья. Резервуар с силикагелем изготовлен из плексигласа и защищен верхней оболочкой из нержавеющей стали с отверстиями для визуального контроля состояния силикагеля. В нижней части осушителя воздуха установлен клапан избыточного давления (рисунок 9.8).
Осушитель воздуха устанавливается на корпусе главного трансформатора и через штуцер в верхней части соединяется с внутренним объемом бака, свободным от охлаждающей жидкости.
При нахождении главного трансформатора без нагрузки, колебания температуры малы или их вообще нет, поэтому обмен между сухим воздухом расширительного бака и внешним воздухом не происходит.
При нахождении главного трансформатора под нагрузкой, колебание температуры минерального масла приводит к изменению его объема, при этом изменяется уровень масла в расширительном баке. При избыточном или пониженном давлении, в нижней части осушителя, открывается клапан и через резервуар осушителя, заполненный силикагелем, происходит компенсация давления во внутреннем объеме расширительного бака наружным воздухом. При этом силикагель удаляет влагу из всасываемого наружного воздуха.
Рисунок 9.8 – Осушитель воздуха: 1 – фланец; 2 – оболочка; 3 – отверстия для контроля состояния силикагеля; 4 – клапан избыточного давления.
Через отверстия в оболочке осушителя воздуха осуществляется визуальный контроль состояния силикагеля, изменение окраски которого указывает на необходимость его замены. Силикагель имеет следующую цветовую окраску в зависимости от состояния:
- оранжевый цвет – силикагель пригодный к эксплуатации;
- зеленый цвет – требуется замена силикагеля.
ВНИМАНИЕ! ЗАПРЕЩЕНА ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГЛАВНОГО ТРАНСФОРМАТОРА БЕЗ ОСУШИТЕЛЯ ВОЗДУХА. НЕСОБЛЮДЕНИЕ ДАННОГО УКАЗАНИЯ МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К КОРОТКОМУ ЗАМЫКАНИЮ ВНУТРИ ГЛАВНОГО ТРАНСФОРМАТОРА.
К защитным и контрольным устройствам главного трансформатора относятся:
- резистивный термометр РТ100;
- поплавковый выключатель;
- разгрузочный клапан;
- реле протока.
Резистивный термометр РТ100 предназначен для измерения температуры изоляционно-охлаждающей жидкости. Измерение температуры осуществляется посредством измерения тока, протекающего через встроенный резистор, сопротивление которого изменяется под воздействием температуры изоляционно-охлаждающей жидкости.
Анализ данных, полученных с термометра, осуществляется с помощью программного обеспечения электропоезда и при превышении заданных температурных показателей появляется аварийный сигнал или происходит отключение главного трансформатора.
В измерительном наконечнике термометра находятся два датчика температуры. В верхней части термометра находятся переключательные контакты. Резистивный термометр подключается с помощью штекера на подвесной головке. Пределы измерения термометра от минус 50 до плюс 200 °C (рисунок 9.9).
Рисунок 9.9 – Резистивный термометр РТ100: 1 – корпус главного трансформатора; 2 – корпус с переключательными контактами; 3 – измерительный наконечник; 4 – штекер.
Поплавковый выключатель контролирует уровень изоляционноохлаждающей жидкости в главном трансформаторе. Переключение двух выключателей производится одним поплавковым элементом. При нормальном уровне жидкости контакты выключателей разомкнуты. При понижении объема изоляционно-охлаждающей жидкости ниже определенного уровня достигается вначале уровень переключения первого выключателя, и его контакты замыкаются. При дальнейшем понижении уровня замыкаются также контакты второго выключателя.
Конструкция главного трансформатора рассчитана таким образом, что понижение уровня жидкости до достижения точки переключения нижнего поплавкового выключателя не приводит к повреждению обмоток. При срабатывании первого поплавкового выключателя производится вывод предупреждения на мониторе пульта управления, при срабатывании второго выключателя – отключение главного трансформатора (рисунок 9.10).
Для проверки работоспособности поплавкового выключателя при техническом обслуживании и ревизиях главного трансформатора, используется контрольная кнопка.
Рисунок 9.10 – Схематическое изображение поплавкового выключателя: 1 – деаэрационный винт; 2 – контрольная кнопка; 3 – защитный колпачок; 4 – разъем электрический; 5 – вентиляционное отверстие; 6 – поплавковый элемент; 7 – контакты выключателя; 8 – корпус главного трансформатора.
Разгрузочный клапан (рисунок 9.11) контролирует давление во внутреннем пространстве корпуса главного трансформатора и обеспечивает его защиту от разрыва. Разгрузочный клапан состоит из корпуса, выполненного в форме фланца и диска. Данный диск, через шток, прижимается пружиной к корпусу, препятствуя тем самым вытеканию изоляционно-охлаждающей жидкости из корпуса главного трансформатора. Расположенный по центру палец при срабатывании разгрузочного клапана обеспечивает срабатывание микро-выключателей, расположенных на корпусе. На корпусе имеются три микро-выключателя.
При разряде электрической дуги, вследствие ненадлежащего функционирования, за короткий промежуток времени образуется большое количество газов, и давление в корпусе повышается. Через разгрузочный клапан производится отвод образовавшихся газов наружу. Одновременно с этим срабатывают три микро-выключателя. После сброса давления клапан снова закрывается. После срабатывания палец посредством нажима в обратном направлении приводится в исходное положение. До этого момента микро-выключатель также находится в состоянии срабатывания.
Рисунок 9.11 – Схематическое изображение разгрузочного клапана: 1 – корпус главного трансформатора; 2 – корпус разгрузочного клапана; 3 – диск со штоком; 4 – микропереключатели; 5 – палец; 6 – пружина.
Реле протока (рисунок 9.12) контролирует протекание изоляционно-охлаждающей жидкости через тяговый трансформатор.
Реле протока устанавливается на трубопроводе изоляционноохлаждающей жидкости, перед насосом. Подвижный затвор реле, при расходе охлаждающей жидкости в пределах нормы, отклоняется и приводит в действие микропереключатель.
Рисунок 9.12 – Схематическое изображение реле потока: 1 – корпус; 2 – регулировочный болт; 3 – крышка; 4 – микропереключатель; 5 – разъем; 6 – рычаг; 7 – подвижный затвор; 8 – штуцер.
При снижении потока охлаждающей жидкости, подвижный затвор реле протока занимает вертикальное положение и формируется сигнал в МПСУиД.
ВНИМАНИЕ. ВО ИЗБЕЖАНИЕ КОРРОЗИИ, ПРИВОДЯЩЕЙ К НАРУШЕНИЮ РАБОТЫ РЕЛЕ, ЗАПРЕЩАЕТСЯ СНИМАТЬ ЗАЩИТНУЮ КРЫШКУ КОРПУСА РЕЛЕ.
Изоляционно-охлаждающая жидкость
Изоляционно-охлаждающая жидкость обеспечивает:
- изоляцию элементов обмотки друг от друга и от заземленных частей конструкции;
- пропитку изоляции в целях повышения ее электрической прочности и исключения пробоев между токопроводящими элементами;
- гашение электрической дуги при пробоях;
- восприятие и передачу тепловых потерь (охлаждение).
В качестве изоляционно-охлаждающей жидкости в главном трансформаторе используется ингибированное минеральное масло, марка которого указана при первой заливке в паспорте изделия.
Для поддержания изоляционных свойств изоляционно-охлаждающей жидкости не допускается ее контакт с водой и другими изоляционноохлаждающими, эфирными или силиконовыми жидкостями.
При необходимости, в процессе эксплуатации, производится добавление изоляционно-охлаждающей жидкости в расширительный бак трансформатора.
Работа
При питании силового оборудования электропоезда от контактной сети, электрифицированной на однофазном переменном токе напряжением 25 кВ, напряжение контактной сети трансформируется на первичной обмотке U-Е главного трансформатора. С вторичных обмоток 1.1 – 1.2 и 2.1 – 2.2 преобразованный переменный ток поступает на силовые модули тягового преобразователя. Одновременно, с вторичной обмотки 4.1 – 4.2, преобразованный переменный ток, через высоковольтный предохранитель 1.01.F03 на 80 А и контактор 1.01.Q03 поступает для питания шины обогрева.
При питании силового оборудования электропоезда от контактной сети, электрифицированной на постоянном токе напряжением 3 кВ, напряжение контактной сети через реактор 5.1 – 5.2 главного трансформатора и контакторы тягового преобразователя поступает на вторичные обмотки 1.1 – 1.2 и 2.1 – 2.2. Последовательное включение ректора и вторичной обмотки обеспечивают снижение токовых помех и уменьшают колебания тягового тока (при электрическом торможении – тока рекуперативного торможения).
Установленный на корпусе главного трансформатора трансформатор тока 1.01.Т04 предназначен для измерения выходного тока силовой цепи (при питании силового оборудования электропоезда от контактной сети, электрифицированной на однофазном переменном токе напряжением 25 кВ), и установлен в силовой цепи после первичной обмотки главного трансформатора. Значения выходного тока силовой цепи с трансформатора тока передаются в МПСУиД.
