Типы трансформаторов для тяговых подстанций

Конструкция, схема и принцип действия тяговых трансформаторов

Тяговые типы трансформаторов устанавливаются на подстанциях, питающих электротранспорт. Оборудование используется на железной дороге, при работе трамваев, троллейбусов и поездов метрополитена. Подстанции с разным количеством трансформаторов используются на узлах подачи питания к подземному и наземному транспорту.

Применяются конструкции, состоящее из одного или нескольких агрегатов. Одноагрегатные подстанции используются на участках с централизованным снабжением. Линия обесточивается полностью при необходимости технического обслуживания неисправных подстанций.

Конструкция

Строение простого трансформатора:

• Сердечник.
• Обмотки для высокого и низкого напряжения, не соединенные друг с другом, отличающиеся количеством витков.
• Шихтованный магнитопровод и несколько обмоток входят в активную часть устройства.

Магнитопровод сконструирован из пары горизонтальных ярм и 2-х вертикальных стержней. Стержни собираются из нескольких сжатых стальных листов, используемых в электротехнике. Собираются пакеты разной ширины с изменяющимся сечением, приближенным по форме к круглому. Шпильки используются для сцепки листов, их изоляция обеспечивается бакелитовыми трубками, а под гайки ставятся шайбы из этого материала.

Ярма изготовлены из стальных листов, во время их сборки по бокам крепятся швеллера, соединенные болтами, ввинченными в торцы железных планок. Ярма соединены стальными стержнями магнитопровода.

Две силовые планки крепятся снизу к паре швеллеров, они создают опору для активной части трансформатора и прилегают ко дну бака. Швеллера, установленные на верхнем ярме, соединяются с крышкой с помощью болтов через овальные отверстия. Поэтому активная часть располагается внизу бака, а ее крышка прижимается к фланцам. Между металлическими элементами устанавливаются эластичные прокладки, не пропускающие масло.

Принцип действия

Главный принцип работы тяговых трансформаторов – это взаимная индукция. Электричество к обмоткам передается от главного источника. Переменный ток направляется на потребляющее устройство через зажимы обмотки.

Тяговые трансформаторы для тяговых подстанций регулируют до нужного уровня напряжение, подающееся на потребители электроэнергии. Настраивают выходное напряжение в зависимости от режима работы двигателей.

Схема соединения обмоток

В трансформаторе установлены три обмотки: первичная и две вторичные. Первая вторичная обеспечивает собственные потребности устройства, состоит из 22 витков и питает вспомогательное оборудование, а также основную вторичную обмотку. Обмотка собрана из двух нерегулируемых элементов из 20 витков и пары регулируемых. Они делятся на 4 секции по 5 витков, в каждой из них устанавливается ЭДС по 145 В.

Прогулка наматывается на 6 цилиндров, установленных на паре вертикально расположенных стержней.

Нерегулируемые элементы вторичной обмотки находятся на внутренних цилиндрах.

Условные обозначения начала и конца обмотки выражаются на схеме первыми и последними символами латинского алфавита. Прописные буквы применяются для обмотки с высоким напряжением, элементы, проводящие низкий ток, отмечаются строчными.

Обмотки на стержнях фиксируются на нескольких изоляционных цилиндрах с применением картонных прокладок или реек. Прокладки постепенно усаживается при использовании устройства. Деталь в форме наклонной штанги применяется для улучшения осевой стяжки. Один конец крепится на ярмовой балке, а другой соединяется с подвижным башмаком, установленным на присущим кольце.

Как выглядят матки скрепляются с двумя группами с помощью проводов группового переключателя. Обе группы через выпрямительное устройство соединяются с двигателем. Нерегулируемые элементы спиральных обмоток установлены возле сердечника. В центре находится сетевая непрерывная обмотка, эти элементы в обоих сердечниках соединяются параллельно. Дисковые катушки подвижной части находится на внешнем цилиндре.

Стальные шайбы крепится на магнитопровод при сборке активной части без верхнего ярма. Текстолитовые бруски ставятся веером на шайбы для того, чтобы масло протекало под обмоткой. Текстолитовые кольца ложатся на верхний виток на всех цилиндрах. Веером на них устанавливаются бруски, выводящие масло. На них крепятся металлические шайбы.

Назначение тяговых трансформаторов

Техника для тяговых подстанций делятся на три группы:

• Для метрополитена.
• Для железнодорожного сообщения.
• Длина земного транспорта в черте города.

Силовые трансформаторы тяговых подстанций отличаются несколькими особенностями. На их конструкцию влияет сфера применения и назначение. Агрегаты, установленные в трамваях, троллейбусах и поездах, значительно отличаются. Подстанции, обеспечивающие работу железнодорожного транспорта, находятся на расстоянии 25-50 км. Специальные требования выполняются при проектировании сети.

Профиль железнодорожного сообщения, эксплуатируемые транспортные средства, влияют на создание технологических карт и размещение трансформаторов.

Режим работы и типы, применяемые на тяговой подстанции

Трансформаторы для тяговых подстанций переменного тока делятся на группы с учетом условий эксплуатации.

Устройство, которое устанавливается на железнодорожных сообщениях:

Опорные устройства применяются для питания других объектов. Тупиковые снабжаются электричеством от соседних трансформаторов, промежуточное устанавливаются между двумя соседями подстанциями.

Специальные виды используются для городского транспорта. Первая группа устройств требует регулярного обслуживания. Вторая работает полностью в автоматическом режиме. Действие третьего вида трансформаторов регулируется с помощью телеуправляемой техники, поэтому и поддержка таких устройств не требует работы обслуживающего персонала.

Изделия для метрополитена:

• Тяговые.
• Понизительные.
• Тягово-понизительные.

Понизительные снабжаются электричеством от городских сетей. Понизительные уменьшают напряжение до 400-220 вольт, питают силовые установки и освещение. Подстанции уменьшают напряжение до необходимого уровня.

Источник

Трансформаторы тяговых подстанций

Для питания ЭПС однофазным переменным током напряжением 27,5 кВ на тяговых подстанциях могут быть использованы однофазные и трехфазные понижающие трансформаторы. Однофазные трансформаторы нашли применение только при электрификации железных дорог по системе электроснабжения 2 х 25 кВ.

Трехфазные трехобмоточные трансформаторы типа ТДТНЖ (трехфазный, с дутьевым охлаждением, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, для железнодорожного транспорта) с первичным напряжением 110-220 кВ. Первичные обмотки таких трансформаторов соединяются в «звезду», вторичные на напряжение 27,5 и 10 кВ — в «треугольник», на напряжение 35 кВ — в «звезду» (рис. 1, а). Вершина с «треугольника» подключается к тяговому рельсу, а вершины — к контактной сети слева и справа от подстанции. Однофазная тяговая нагрузка слева от подстанции питается током /л, который протекает под действием напряжения, нагрузка справа получает ток /п, протекающий по ней под действием напряжения. Суммируясь в рельсовом фидере токи /л и /п создают ток /р (рис. 1, в) со знаком «минус», направленный от рельса к вершине с «треугольника». Распределение токов нагрузок между фазами «треугольника» определяется только сопротивлением этих фаз.
Трансформаторы ТДЦТП выпускаются для передвижных тяговых подстанций.
Неравномерная загрузка фаз трансформаторов, питающих контактную сеть, приводит к появлению токов и напряжений обратной последовательности (НОП). Последние оказывают влияние на работу потребителей, питающихся от тяговых подстанций и сетей, к которым подключаются тяговые подстанции,

Параметры трехфазных трансформаторов для электрической тяги переменного тока

Основными приемниками электроэнергии у потребителей являются асинхронные двигатели. Не симметрия напряжения приводит к уменьшению максимального момента двигателя и увеличению его нагрева. При несимметричной системе напряжений круговое вращающееся синхронное магнитное поле заменяется эллиптическим. Последнее может быть разложено на два круговых, вращающихся в разные стороны в соответствии с симметричными составляющими напряжений прямой и обратной последовательностей. То и другое поле создают свои вращающиеся моменты, действующие в противоположных направлениях. Результирующий момент вращения электродвигателя можно представить как разность двух моментов, создаваемых напряжениями прямой и обратной последовательностей. Практически встречающаяся не симметрия не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на максимальный вращающий момент асинхронного двигателя.
На нагревание двигателя не симметрия напряжений оказывает значительно большее влияние. Объясняется это тем, что сопротивление обратной последовательности асинхронного двигателя много меньше сопротивления прямой последовательности, поэтому даже при небольшом напряжении обратной последовательности ток обратной последовательности получается большим, что может приводить к перегреву двигателя. Для трехфазных двигателей допускается длительное напряжение нулевой последовательности 2% номинального.
Однофазные приемники электроэнергии воспринимают не симметрию напряжения как отклонение или колебание напряжения.
Рассмотрим параллельную работу трехфазных трансформаторов тяговых подстанций. Фазы обмоток 27,5 кВ загружены неравномерно. Если присоединить к высоковольтной линии ВЛ (рис. 2) трансформаторы одноименными первичными выводами к соответствующим фазам ВЛ питающей сети, то получится значительная неравномерность загрузки фаз сети, крайне нежелательная для энергосистемы b промышленных потребителей, так как вызывает дополнительные потери напряжения и искажение напряжения трехфазных потребителей. Основным методом выравнивания нагрузки по фазам, а следовательно, снижения несимметрии является чередование фаз А, В, С трансформаторов при подключении к высоковольтной воздушной линии электропередачи ВЛ, фазы которой обозначены Ж (А), 3 (В), К(С) буквами расцветки этих фаз (желтая, зеленая, красная).

Рис. 2. Схема фазировки тяговых подстанций переменного тока с трехфазными трансформаторами
На рис. 2 показано подключение трансформаторов семи подстанций. Так как две соседние подстанции питают с двух сторон контактную сеть КС одного участка, то их трансформаторы должны быть подключены так, чтобы от ВЛ подавались на этот участок напряжения одной и той же фазы. Каждый участок межподстанционной зоны таким образом является нагрузкой одной фазы энергосистемы. Подключение этих участков к фазам ВЛ чередуется, а тяговые подстанции делятся по способу подключения на три I, II, III. Этот метод выравнивания токов и напряжений по фазам питающей ВЛ является идеализированным. В реальных условиях добиться полной симметрии нагрузок и напряжений невозможно, так как нагрузки фаз трансформаторов зависят от количества поездов на участке и потребляемых ими токов, последнее во многом зависит от профиля пути, веса поезда и т.д.
На тяговых подстанциях системы электроснабжения 2 х 25 кВ устанавливаются однофазные трансформаторы типа ОРДНЖ с расщепленной вторичной обмоткой, дутьевым охлаждением и регулированием напряжения под нагрузкой на вторичных обмотках 27,5 кВ (табл.). Предусмотрено ступенчатое регулирование напряжения в пределах ±6 х 1,67°/о от номинального напряжения с помощью переключателя типа РНТА-35/320А.
Для понижения напряжения 50 кВ между подстанциями устанавливают автотрансформаторы типа АОМНЖ. С их помощью напряжение регулируется в широком диапазоне: от 20,5 до 31,5 кВ.

Источник

Устройство и особенности тягового трансформатора

Тяговым трансформатором называют агрегат, установленный на подвижном составе железнодорожного транспорта, предназначенным для преобразования электрического тока и привода электровоза. Рассмотрим особенности конструкции тягового трансформатора, его разновидности и правила эксплуатации.

Принцип работы

Принцип работы тягового трансформатора не отличается от обычного агрегата. После подачи напряжения на входную катушку, вследствие возникновения магнитного поля и электродвижущей силы, наводится ток на выходном контуре. Разница в характеристиках напряжения достигается различным количеством витков на входной и выходной катушках.

Принцип работы трансформатора

Конструкция

Тяговый трансформатор состоит из следующих основных узлов:

• шихтованного сердечника;
• раздельных входной и двух выходных катушек с разным количеством витков.

Конструкция тягового трансформатора типа – ОДЦЭ-5000

Особенности конструктивного устройства и основное отличие тягового трансформатора от обычного состоит в том, что сердечник выполнен из двух горизонтальных ярм и пары вертикально расположенных стержней. Также разница состоит в наличии двух катушек на выходе. Катушка низкого напряжения используется для включения вспомогательного оборудования.

Стержни комплектуются из пакета листового металла, скреплённого шпильками. Крепёжные изделия изолируются с помощью бакелитовых трубок, под гайки устанавливаются шайбы из этого же материала.

Трансформатор при установке опирается на 2 швеллера, прикреплённых ко дну масляного бака. Ёмкость для масла уплотняется эластичными прокладками, обеспечивающими герметичность.

Система охлаждения трансформатора

Охлаждение агрегата достигается благодаря маслу, циркулирующему по системе в принудительном порядке. Система предусматривает наличие шестисекционного охладителя, обеспечивающего охлаждение нагретого масла, прокачиваемого насосом. Охладитель состоит из медных трубок, размещённых с боков бака. Температура масла в охладителе снижается за счёт обдувания воздухом.

Классификация

Производятся следующие разновидности тяговых трансформаторов:

• со стержневым и броневым сердечником – у последних стержни магнитопровода частично охватывают стержни, что повышает надёжность в эксплуатации. Но первые проще и надёжнее по конструкции;
• с регулированием напряжения вторичной или первичной обмотками;
• по расположению катушек – обмотки могут быть концентрированными или дисковыми.

Все тяговые трансформаторы относятся к понижающим.

Принципиальная схема

Обмотки выполняют в виде трех концентрических катушек с каналами в осевом и радиальном направлениях для обеспечения требуемых изоляционных расстояний между витками и циркуляции охлаждающего масла. Ближней к сердечнику располагают обмотку низкого напряжения НН . Затем располагают обмотку высокого напряжения ВН (сетевую) и снаружи — регулируемую обмотку низкого напряжения НН_р. Обмотка СН состоит из нескольких катушек, размещенных во внешнем блоке катушек каждого стержня.

Регулируемая обмотка НН_р разделяется на несколько ступеней с равным числом витков и может соединяется последовательно согласно или встречно с обмоткой НН . Наибольшее напряжение на обмотке НН получается при согласном включении обмоток НН₀ и НН_р (соединяются выводы x1-1). По мере выключения секций обмотки НН_р напряжение на обмотке НН снижается, а при полном ее выключении напряжение остается только на зажимах al—xl. Дальнейшее снижение напряжения достигают встречным включением обмотки НН и ступеней обмотки НН_р. Обычно число витков обмотки НН₀ несколько больше, чем у обмотки НН . Поэтому при их встречном включении напряжение на обмотке НН составляет 40—70 В, что соответствует первой ступени регулирования напряжения.

Режимы работы

Различают следующие режимы работы указанного оборудования, которые не отличаются от обычных трансформаторов:

• нормальный – когда агрегат функционирует при оптимальных характеристиках;
• холостой – когда напряжение подаётся на входной контур, а выходной отключён;
• перегрузочный – при повышении нагрузки и температуры за пределы, предусмотренные нормами;
• аварийный – при воздействии тока, значительно превышающего нормальные параметры.

Режим короткого замыкания

При перегрузочном или аварийном режиме возрастает риск выхода агрегата из строя. Поэтому необходимо контролировать подачу нагрузки, чтобы исключить опасность аварии.

Коэффициент трансформации тяговых трансформаторов

Коэффициентом трансформации тягового трансформатора называют степень снижения выходного напряжения по отношению к входному. Он рассчитывается по формуле:

К = V1/V2 = N1/N2, в которой:

• К – значение коэффициента трансформации;
• U1 и U2 – величина напряжения соответственно на входе и выходе;
• N1 и N2 – число витков на входной и выходной катушках.

Учитывая, что тяговый трансформатор является понижающим, значение его коэффициента трансформации будет находиться в пределах от 0 до 1, меньше предельной из указанных величин.

Сферы применения

Тяговый трансформатор применяется для приводных транспортных средств следующих видов транспорта:

• железнодорожного;
• метро;
• наземного городского.

Это оборудование преобразовывает электрический ток, подаваемый на электровоз, для привода механизмов машины.

Обслуживание трансформатора

Данное оборудование должно обслуживаться, согласно требованиям, предусмотренным нормативной документацией и заводом-изготовителем.

Уход за трансформаторами возложен на членов локомотивной бригады. Они обязаны:

• контролировать уровень и температуру масла;
• проверять характеристики работы агрегата, состояние уплотнений, не допуская утечек масла;
• переключать оборудование на зимний и летний режимы работы;
• выполнять доливку масла;
• осуществлять другие функции, обеспечивающие безаварийную работу оборудования.

Ремонт должен производиться в рамках, предусмотренных системой ТОиР, с привлечением квалифицированного и аттестованного персонала. Периодичность проведения ремонтов определяется отработанными агрегатом моточасами.

Без указанного оборудования невозможна работа подвижного состава железнодорожного и внутригородского электротранспорта. Но для нормальной эксплуатации агрегатов, должен быть организован надлежащий уход, техническое обслуживание, проведение текущих и капитальных ремонтов в рамках, установленных рекомендациями изготовителя и требованиям государственных нормативных документов.

Источник