牵引变压器温度控制器的重要性

牵引变压器作为电气化铁路供电系统中最重要的电气设备之一,其性能的优劣对电气化铁路的运营有着决定性的影响。由于牵引变压器平均负载率很低,但对短时过载能力要求很高,负荷具有明显的冲击性,因此牵引变压器绕组热点温升规律和绝缘老化规律有别于电力变压器,准确计算出绕组热点温度和老化速率有助于保证使用寿命的同时减小容量,发挥最大的经济效益。

随着高速动车组和高速铁路建设的快速发展,各个高速铁路相关部门对高速动车组的设计和仿真相关App的需求日益突出。牵引电机、牵引变压器和牵引变流器所组成的动力单元是高速动车组牵引传动系统的核心部件,其温升对于提高列车的技术标准与维护列车的行车安全都有着重要意义。本文以建立高速动车组运行时温升仿真系统为依托,对列车在运行时动力单元的温升模型与优化进行了研究,主要内容包括以下四个部分：动车组运行时温升仿真系统分析；动车组运行时温升动态模型设计与优化；列车运行时分策略设计；动车组运行时温升仿真系统实现。首先,本文对高速动车组运行时温升仿真系统进行了较为详尽的系统分析,先容了系统的整体框架和功能模块的划分,对系统进行了充分的可行性分析。其次,本文基于高速动车组温升计算的基本理论,对牵引变压器、牵引变流器、牵引电机和闸片在列车运行时的温升数学模型做出了深入的分析,建立了动力单元温升的动态仿真模型,并利用半实物仿真平台采集了牵引电机的真实运行数据,通过曲线拟合的方法对相关模型进行了验证与优化。

牵引变压器(含附属套管)作为高铁牵引供电系统的核心设备,承担着电能转换的任务,其绝缘状态的好坏直接影响了高铁牵引供电系统的安全稳定性,因此如何实现牵引变压器绝缘状态的有效、准确评估受到了业内的广泛关注。除对牵引变压器运行状态进行在线监测之外,牵引变压器绝缘状态的检验主要是利用“天窗”时间进行定期的离线检修与预防性绝缘试验,依据测试结果(绝缘电阻、工频介损等)只能对变压器的绝缘状态进行大体上的评判,包含信息较少且对绝缘状态变化敏感性不强,当测试结果发生明显变化时绝缘性能已严重降低。频域介电谱法由于具有测试电压低且无损、携带绝缘信息丰富、抗干扰能力强等优点,国内外相关学者一致认为该方法具有很高的研究与应用价值。实际工程中,基于频域介电谱法对牵引变压器进行测试与绝缘状态评估时存在如下问题:1)“天窗”时间有限,牵引变压器绝缘温度无法与环境温度平衡,测试过程中牵引变压器绝缘温度时变;2)由于牵引负荷具有冲击性,牵引变压器绝缘不均匀老化问题突出,不均匀老化对绝缘频域介电谱的具体影响因素及特征尚不清楚。为了提高牵引变压器绝缘状态评估的有效性与准确性,本文针对牵引变压器绝缘频域介电谱测试及状态评估开展了如下工作:1)通过研究油隙载流子运动方程与分布模型,分析了变压器油隙介电响应过程中载流子分布特征,得到了以电导率、离子迁移率等为参量的绝缘电介质(油隙、油浸纸)的介电参数方程,并进行了试验验证;2)研究了时变温度下油隙介电谱特征,提出并验证了一种时变温度下油隙介电谱的校正方法,推导了油隙介电参数与复电导率之间的关系式,通过归纳、验证温度对油隙电导率频域谱的作用规律,提出并验证了一种油隙介电谱归算至参考温度的方法;3)研究了绝缘纸不均匀热老化对频域介电谱的影响,得到了不均匀热老化影响变压器绝缘介电谱的主要因素,分析了不均匀热老化对牵引变压器绝缘水分含量评估的影响;4)通过试验模型制作、测试与结果分析,研究了参考温度下油浸式套管水分含量评估,进一步考虑温度对测试结果的影响,提出并验证了一种油浸式套管受潮状态评估方法。