電力機(jī)車牽引變壓器油泵種類和改進(jìn)分析

王 玲 但堂睿

（1.重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院軌道車輛與機(jī)械系，重慶402247；2.重慶ABB江津渦輪增壓系統(tǒng)有限公司，重慶402247）

1 產(chǎn)品概述

電力機(jī)車變壓器油泵是適用于電力機(jī)車變壓器強(qiáng)迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的專用油泵，冷卻方式為內(nèi)循環(huán)冷卻。

電力機(jī)車變壓器油泵為油泵與電動(dòng)機(jī)組合一體的結(jié)構(gòu)形式。殼體與機(jī)座采用特種鋼板材質(zhì)焊接加工成型，防滲漏能力強(qiáng)。油泵部分：采用離心式泵，葉輪直接安裝在電機(jī)軸端，靠葉輪旋轉(zhuǎn)的離心力作用產(chǎn)生壓差。電動(dòng)機(jī)部分：采用潛油結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以平衡電壓、電流、頻率的波動(dòng)所帶來(lái)的不良影響，按軸功率配用電機(jī)，并能在入口油溫不超過(guò)80℃的熱變壓器內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行。

2 目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的變壓器油泵的結(jié)構(gòu)形式一般如下

2.1 按泵的葉片形式劃分

（1）離心式變壓器油泵：配裝離心式葉片泵，一般適用于變壓器強(qiáng)油風(fēng)冷卻器。

（2）軸流式變壓器油泵：配裝軸流式葉片泵，一般適用于低揚(yáng)程、大流量、低油阻力的變壓器片式散熱器冷卻系統(tǒng)中，可做多種冷卻形式的切換選擇：當(dāng)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，油泵只相當(dāng)于一段低阻力的管路連接段，此時(shí)變壓器可做ONAN（自冷式）或ONAF（風(fēng)冷式）運(yùn)行。當(dāng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可做OFAF（強(qiáng)油風(fēng)冷式）運(yùn)行，冷卻效率大大提高，溫升系數(shù)C值大幅度下降。

2.2 按驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)劃分

（1）常規(guī)感應(yīng)三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的普通型變壓器油泵。

（2）盤式電機(jī)（軸向氣隙）驅(qū)動(dòng)的盤式變壓器油泵。

兩種結(jié)構(gòu)的差別主要是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不同，使用功能、安裝尺寸、形式完全相同。

3 盤式變壓器油泵

日本是首先將盤式電動(dòng)機(jī)應(yīng)用到變壓器油泵上的國(guó)家，它的轉(zhuǎn)子靠不旋轉(zhuǎn)的軸與旋轉(zhuǎn)的軸承支撐著懸在定子上面，如同磨盤上的碾。故名：盤式電機(jī)變壓器油泵。

3.1 盤式電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）硅鋼片的材料利用率達(dá)70%以上，普通電機(jī)只有45%。

（2）結(jié)構(gòu)緊湊，軸向長(zhǎng)度短，只有普通電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度的1/2，但幅向粗大。

步驟1：根據(jù)互質(zhì)陣模型，求解接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣，并對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行列向量化處理，構(gòu)造虛擬陣列模型，如式(11)所示；

（3）電動(dòng)機(jī)散熱條件好，設(shè)計(jì)電密高。

3.2 盤式電機(jī)做成變壓器油泵時(shí)應(yīng)該密切注意的問(wèn)題

（1）盤式電機(jī)的軸向磁拉力是很強(qiáng)的。當(dāng)軸承經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生磨損和間隙時(shí)，這種軸向磁拉力會(huì)使這個(gè)間隙直接轉(zhuǎn)化為定子、轉(zhuǎn)子間氣隙的減少，直至定子、轉(zhuǎn)子鐵與鐵之間的摩擦。

（2）盤式泵啟動(dòng)電流和運(yùn)行電流都比普通型電動(dòng)機(jī)油泵大20%以上、啟動(dòng)力矩低、啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。

采用雙推力軸承的盤式泵，其現(xiàn)場(chǎng)檢修調(diào)整軸承間隙時(shí)工藝難度較大。軸承間隙大，則電流很高；間隙小，則效果不佳。不進(jìn)行定期維修的盤式泵容易造成變壓器運(yùn)行油色譜異常、油溫升高、油流繼電器抖動(dòng)等諸多問(wèn)題。

綜上，變壓器油泵可靠性要求高，ABB、SIEMENS、俄羅斯等隨主機(jī)出口到我國(guó)的變壓器油泵均為常規(guī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品；我國(guó)則是將盤式電機(jī)變壓器油泵作為一種低速泵的新產(chǎn)品加以廣泛應(yīng)用。在運(yùn)行中如果忽略對(duì)其軸承的嚴(yán)密監(jiān)控，隨著這種結(jié)構(gòu)油泵運(yùn)行時(shí)間的累積，事故的概率會(huì)加大。

4 關(guān)于軸流式變壓器油泵

目前，片式散熱器冷卻系統(tǒng)配套變壓器的規(guī)模和容量越做越大。大型變壓器還可以根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行ONAN（自冷式）、ONAF（風(fēng)冷式）或OFAF（強(qiáng)油風(fēng)冷式）等多種冷卻形式切換選擇運(yùn)行。當(dāng)片式散熱器以O(shè)NAF（風(fēng)冷式）或OFAF（強(qiáng)油風(fēng)冷式）運(yùn)行時(shí)，冷卻效率會(huì)大大提高，溫升系數(shù)C值下降。片式散熱器，以其免維護(hù)、輔機(jī)損耗小、低噪聲、低成本等優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)強(qiáng)油風(fēng)冷卻器和強(qiáng)油水冷卻器相比具有明顯的優(yōu)越性。而配套片散的變壓器油泵，必須首先要滿足低油阻力、低揚(yáng)程、大流量這樣的運(yùn)行特點(diǎn)。

5 變壓器油泵的故障診斷和實(shí)時(shí)監(jiān)控問(wèn)題的探討

在我國(guó)，目前變壓器油泵的故障診斷技術(shù)還非常原始，油泵故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)還是空白。油泵運(yùn)行狀態(tài)與故障隱患不可預(yù)知。一旦發(fā)現(xiàn)油泵故障時(shí)，油泵已經(jīng)到了不得不退出運(yùn)行的狀態(tài)，這時(shí)往往由于電氣故障和機(jī)械故障磨損下來(lái)的大量金屬顆粒、碳化物、乙炔等已經(jīng)進(jìn)入變壓器內(nèi)部，從而導(dǎo)致變壓器需要進(jìn)行放油、開箱、器身清洗，烘干、下箱，注油，例行試驗(yàn)等操作，工藝復(fù)雜，嚴(yán)重的甚至?xí)龀勺儔浩鹘^緣的破壞或整個(gè)報(bào)廢，造成較大的成本損失。

5.1 帶有監(jiān)控功能的變壓器油泵和集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成如下

（1）帶有監(jiān)控功能的變壓器油泵（可訂購(gòu)亦可現(xiàn)場(chǎng)改造）。

（2）前端機(jī)，安裝在變壓器附近，可定時(shí)循環(huán)采集并檢測(cè)顯示2～12臺(tái)油泵運(yùn)行狀態(tài)和電流信號(hào)，并完成各路信號(hào)的匯總、分析處理及顯示相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)與集中監(jiān)測(cè)機(jī)或直接與運(yùn)行維護(hù)人員的數(shù)據(jù)通信。

（3）集中監(jiān)測(cè)機(jī)（可選），安裝在變電站監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)，與前端機(jī)有線相連，完成變壓器油泵的長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)，前端機(jī)與集中監(jiān)測(cè)機(jī)間通信距離為有線1 000米之內(nèi)。

一般一臺(tái)變壓器安裝一臺(tái)前端機(jī)，可監(jiān)測(cè)12臺(tái)變壓器油泵，一臺(tái)集中監(jiān)測(cè)機(jī)可接2～8臺(tái)前端機(jī)。

5.2 帶有監(jiān)控功能的變壓器油泵的原理

通過(guò)泵內(nèi)的電磁感應(yīng)傳感器檢出變壓器油泵的運(yùn)行間隙，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控泵的軸承磨損情況、運(yùn)行狀況和預(yù)判故障。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的前端機(jī)中顯示的各臺(tái)油泵的綠區(qū)（安全運(yùn)行）、黃區(qū)（臨界預(yù)警）、紅區(qū)（危險(xiǎn)警示）顯示，可以即時(shí)顯示和預(yù)判油泵的運(yùn)行狀態(tài)、工作電流與故障。當(dāng)進(jìn)入“紅區(qū)”時(shí)，會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警和信息輸出。故障檢出率：100%。傳感器是由一組與油泵繞組相同材料繞制并與繞組絕緣成一體的感應(yīng)線圈，與傳統(tǒng)常規(guī)變壓器油泵相比，結(jié)構(gòu)和功能相同，只是在出線盒位置附加了一接口，完全符合變壓器油泵產(chǎn)品運(yùn)行可靠性的特殊要求。

5.3 集中監(jiān)測(cè)機(jī)(可選）

為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的多臺(tái)份“前端機(jī)”監(jiān)控提供了信息化、智能化的便捷窗口手段。當(dāng)集中監(jiān)控實(shí)施后，各臺(tái)份油泵實(shí)時(shí)運(yùn)行和時(shí)段運(yùn)行狀況都有了信息化的記錄內(nèi)容，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信報(bào)警。這使得現(xiàn)場(chǎng)戶外高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)、惡劣環(huán)境下的變壓器監(jiān)測(cè)維護(hù)管理人員隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。使監(jiān)控維護(hù)工作變被動(dòng)為主動(dòng)，盡量減少停機(jī)事故的發(fā)生，極大地提高了設(shè)備的可靠性技術(shù)水平。

6 機(jī)車變壓器油泵的發(fā)展方向問(wèn)題

變壓器油泵安裝在電力機(jī)車上，抗沖擊和抗振動(dòng)性能強(qiáng)，防護(hù)等級(jí)高。隨著我國(guó)高鐵和機(jī)車運(yùn)行里程數(shù)越來(lái)越多，高可靠性，節(jié)能高效、功能一體化、智能化，是機(jī)車變壓器油泵今后的發(fā)展方向。同時(shí)，機(jī)車變壓器油泵的發(fā)展，還與世界范圍的新材料、新工藝、新技術(shù)突破息息相關(guān)。因此，盡快規(guī)范并組織起全行業(yè)的優(yōu)化系列設(shè)計(jì)，使我國(guó)變壓器油泵水平朝著科學(xué)的、健康的方向發(fā)展，有利于變壓器整體技術(shù)水平的提高。