韶山型电力机车主变风机节能控制装置

冯嘉庆，李玮利，张立所(北京铁路局，北京 100860)

韶山型电力机车主变风机节能控制装置

冯嘉庆，李玮利，张立所(北京铁路局，北京 100860)

电力机车通过安装节能装置，实时监控机车主变压器油温，在一定温度范围内停止通风机的运行，能显著地降低机车能耗。本文介绍了该节能装置的主要功能及安装注意事项。

电力机车;主变风机;节能装置

1 节能装置的作用

电力机车通过主变压器把供电接触网的25 kV高压电经过变压、整流后供机车牵引驱动使用，在这个过程中变压器有4 000 W～12 000 W左右的电能损耗转变成热能，当温度过高时将使变压器绝缘受到影响，因此电力机车主变压器一般采用强迫油循环风冷的散热方式，通过油散热带走热量，通风机作为变压器散热的驱动动力也消耗部分电能。由于温升受环境温度和负载的影响，并不是时时刻刻都需要通风机进行工作，为此，通过安装节能装置实时监控机车主变压器油温，在一定温度范围内停止通风机的运行，可达到节省电能的目的。

2 变压器温度对变压器寿命的影响

影响变压器寿命的主要因素是变压器绝缘寿命，牵引变压器内部绝缘为A级。A级绝缘的极限温度为105℃，高于105℃绝缘材料会很快老化。根据牵引变压器的“6℃定则”，变压器的使用寿命和长期运行温度的关系可以描述为温度每升高6℃，变压器寿命下降一半。一般变压器经济使用年限定为20年，正常绝缘运行温度98℃。同时为了防止油质劣化，所以规定变压器上层油温最高不得超过95℃。因此油浸变压器绝缘温度一定要低于95℃［1，2］。

因为牵引变压器为一个整体，其绝缘温度难以测量，因此现行车上所测量的变压器温度主要是变压器冷却油上层油温，它比实际变压器绝缘温度要低。根据国家电力变压器标准GB1094—79的规定［3］，油浸变压器的实验温升限值见表1。

表1 油温和绝缘温度的折算关系

从表1可以看出，顶层油温和绝缘温度之间相差约25℃，因此必须限定顶层油温低于70℃(95℃ －25℃ =70℃)，一般机务段设定油温不得高于70℃。只要不超过这个温度，对变压器的寿命影响是很小的。节能装置设置控制开启温度最高为55℃开，加上与绝缘层之间差25℃，对应绝缘层控制温度为80℃，离绝缘控制温度95℃差15℃，不会对原设计方式和变压器实际使用寿命产生任何影响。况且机车在运行过程中主变压器冷却系统中的潜油泵始终处于运行状态，潜油泵打出来的油进入冷却器循环，冷却器靠机车运行时的空气流动也可散发热量。

3 节能装置整体设计

3.1 基本原理

装置的主要功能分为:检测主变压器油温;分析主变压器油温的变化，计算油温的上升速度及与实际控制温度的差;控制通风机运行或关断。

(1)通过在变压器油箱内安装一温度传感器来检测油温。由于传感器与装置有一定距离，为了防止干扰，传感器采用数字式智能温度传感器，并采用可靠的电流环接口，可以保证300 m的距离内进行准确采集温度，而实际距离不超过8 m，因此装置能够准确采集变压器油温而几乎不受干扰。

(2)通风机是由一个接触器进行控制，控制该接触器就可以控制风机运行与否，接触器在开通的瞬间电流超过10 A，装置采用无触点的MOS开关进行控制，具有控制电流大、功耗低的特点，以保证良好的导通性。

3.2 安装方式

为了安装方便、控制可靠，按照就近安装的原则进行装置设计，模块之间的连接采用航空插头连接以保证连接的可靠性。

温度传感器安装在油箱中预留的温度传感器安装位上。风机接触器控制部分安装在低压屏柜边风机接触器旁，直接通过3根机车线和接触器相连。

3.3 节能装置安装的注意事项

3.3.1 安装要点

本装置的整体设计思路是在改造过程中不影响机车原有的运行方式，以保证装置工作的可靠。

可靠的电源设计是装置能够正常工作的前提，本装置采用110 V供电，选用质量合格厂家的电源模块，并在输入输出的前后端加装滤波电路，保证系统的电磁兼容性。通过实际运用表明该电源模块完全能够适应机车工作环境。

装置采用光电隔离方法，把外部采集信号和控制装置本身隔离开来，保证外部信号所带来的干扰减到最小。

远距离通讯采用电流环而不是电压环，可以有效地降低共模电压干扰。

对于关键的控制部位—接触器控制采用有触点的继电器和无触点的MOS开关进行并联，MOS开关处于工作模式，继电器处于备用模式。当出现故障时，继电器保证切换到原有控制模式，并且还备有一个手动开关，可以人为地切换到原有工作模式。

温度传感器安装位置对整个系统来说非常重要，初期我们采用的是非接触式的测温方式，也就是将传感头贴在变压器油箱的外面，在机车运行的震动中，温度无法测准，且反应不及时。根据现场反馈的问题，我们及时地对传感器进行了重新设计，传感器设计成全密封的凯装式，将温度传感器安装在机车主变压器油箱预留的测温孔上。3.3.2 主风机回尘的防治措施

对于一些主变压器风道不是独立风道的机车(如:SS3、SS7)，开始时我们没有考虑主变风机停转后的回尘问题，使得电器间易集尘，发现问题后及时加装了防尘罩，并作了大量的实验，证明措施可靠、易行。

为测试主变风机加装防回尘罩后对通风量的影响，对风机出风口的风速进行了现场测试，结果如下:

主变风机原额定通风量技术参数(SS7)［4］:

风量:19 200 m3/h=5.333 m3/s 叶轮直径: 700 mm 风筒直径:750 mm

风机风筒截面积:π×r2=3.14×0.3752= 0.442 m2

风速 =风量/风筒截面积 =5.333 m3/s÷ 0.442 m2=12.066 m/s

风速仪型号:EY3-2A电子微风仪;测量范围: 1～30 m/s;测量准确度:≤±2%F.S

测试结果:(SS7-101#机车)

未加装防回尘罩时的出风口风速:11 m/s (因不是测试风筒内部，风速有损失)

加装防回尘罩后的出风口风速:10 m/s

从测试结果来看，加装防回尘罩后对风速的影响是很小的(减小9%)，还是在正常的风速范围内，不会影响变压器的散热。

4 运用试验情况

为了验证装置的可靠性和实际节能效果，在石家庄电力机务段配属的SS4型0425号 B节机车安装了主变风机节能装置。装置控制主变压器在油温高于54℃时开启风机，低于46℃关闭。经过1年的试验，数据结果显示:完成总重31 416.1万t·km，机车走行151 209 km，机车耗电314.92万kWh。经查定:A节机车耗电160.01万kWh，B节耗电154.91万kWh，B节比A节少耗电5.1万kWh，节约成本4.44万元，经济效益十分显著。并于2007年11月21日通过了北京铁路局科委的鉴定。

5 结语

该节能装置通过控制主变压器风机运行能显著降低机车能耗，产生十分明显的经济效益，特别在目前电力供应相对紧张的状况下，安装该装置也具有显著的社会效益，符合国家“节能减排”政策，能够有力地支持国家社会经济可持续发展。

［1］ GB/T15164—1994，油浸式电力变压器负载导则［S］.

［2］ TB/T1680—2006，铁路应用 机车车辆牵引变压器和电抗器［S］.

［3］ GB1094—1979，电力变压器［S］.

［4］ 杨永林.韶山7E型电力机车［M］.北京:中国铁道出版社，2004.

TK01+8

B

2095－1671(2011)01－0022－03

2010-11-19;

2011-01-04

冯嘉庆(1963－)，男，天津人，工程师，北京铁路局计划统计处节能监测站副主任。