Dzelzceļa transformators: veidi, specifikācijas un pielietojumi

 

Ievads

Ātrgaitas-vilcieni, tramvaji, vieglie sliedes, metro un parastie vilcieni ir atkarīgi no uzticama barošanas avota, lai tie darbotos droši un efektīvi. Aiz šī barošanas avota ir virkne specializētu dzelzceļa transformatoru, kas paredzēti, lai pārveidotu un sadalītu elektroenerģiju dažādām dzelzceļa elektrifikācijas sistēmas daļām. Viņu vidūvilcetransformatorispēlē galveno lomu. Tos izmanto dzelzceļa vilces apakšstacijās un dažos gadījumos vilcienos, lai pārveidotu elektroenerģiju spriegumā un konfigurācijā, kas nepieciešama dzelzceļa vilces sistēmām. Šajā rakstā mēs izskaidrojam, kas ir dzelzceļa transformators, kā darbojas vilces transformatori, galvenie dzelzceļa transformatoru veidi, to galvenās specifikācijas un kā izvēlēties pareizo transformatoru dzelzceļa elektroapgādes sistēmai.

 

Kas ir dzelzceļa vilces transformators?

Dzelzceļa transformators ir paredzēts izmantošanai dzelzceļa elektrifikācijas sistēmās, lai pārveidotu, izolētu un sadalītu elektroenerģiju vilcieniem un saistītajām iekārtām. Viens no galvenajiem veidiem ir vilces transformators, kas piegādā strāvu dzelzceļa vilces sistēmai.

Dzelzceļa vilces transformators, kas pazīstams arī kā vilces jaudas transformators, parasti pārveido augstsprieguma{0}}maiņstrāvu no komunālā tīkla vai dzelzceļa elektroapgādes tīkla par spriegumu, kas piemērots vilces sistēmai. To parasti uzstāda dzelzceļa vilces apakšstacijā, kur tā nodrošina strāvu gaisvadu kontakttīkla vai trešās -sliežu sistēmas sistēmām. Daži vilces transformatori ir paredzēti arī tiešai uzstādīšanai elektriskajos vilcienos.

Atšķirībā no parastajiem jaudas transformatoriem, vilces transformatoram ir jāpārvar biežas un straujas slodzes izmaiņas. Vilciena paātrinājums var izraisīt pēkšņu strāvas palielināšanos, savukārt bremzēšana un izmaiņas vilciena darbībā var radīt turpmākas elektriskās slodzes izmaiņas. Tāpēc dzelzceļa vilces transformatori ir paredzēti drošai darbībai dinamiskas slodzes, elektriskās slodzes, vibrācijas un citos sarežģītos dzelzceļa apstākļos.

Plašākai ievadam vilces transformatora konstrukcijā un komponentēs

skatiet mūsuVilces transformatora pārskats.

 

3. Dzelzceļa transformatora darbības princips

Dzelzceļa transformatora darbības princips ir balstīts uz elektromagnētisko indukciju. Vilces apakšstacijā transformators samazina augstsprieguma jaudu no tīkla vai dzelzceļa elektroapgādes tīkla līdz spriegumam, kas piemērots dzelzceļa vilces sistēmai.

Augsta{0}}sprieguma ieeja: Elektrība no gaisvadu kontakttīkla līnijām vai trešās -sliežu sistēmām tiek ievadīta dzelzceļa transformatora primārajā tinumā. Ieejas spriegums var svārstīties no 15 kV līdz 25 kV atkarībā no dzelzceļa sistēmas.

 

Sprieguma transformācija:Augsts{0}}sprieguma ieeja nodrošina primāro tinumu un rada mainīgu magnētisko lauku transformatora kodolā. Izmantojot elektromagnētisko indukciju, šis magnētiskais lauks inducē zemāku spriegumu sekundārajā tinumā, un spriegumu nosaka transformatora apgriezienu attiecība.

 

Sprieguma regulēšana: Dzelzceļa transformators pielāgo spriegumu, lai tas atbilstu vilciena vilces sistēmas prasībām, parasti samazinot to līdz zemākam sprieguma līmenim, kas piemērots vilciena piedziņas aprīkojumam.

 

Strāvas piegāde: pārveidotā jauda pēc tam tiek piegādāta vilces sistēmai, tostarp vilces motoriem vai citam borta aprīkojumam, kas ļauj vilcienam darboties.

 

Aizsardzība un kontrole: Dzelzceļa transformatoriem vilciena darbības laikā ir jāpārvar gan augsts ieejas spriegums, gan dažādas slodzes prasības. Aizsardzības ierīces, piemēram, automātiskie slēdži un sensori, uzrauga temperatūru, spriegumu un strāvu, lai nodrošinātu drošu un uzticamu darbību.

 

Atsauksmes un pielāgošana: Nepārtraukta uzraudzība ļauj sistēmai reaģēt uz slodzes un darbības apstākļu izmaiņām, palīdzot uzturēt stabilu veiktspēju un novērst kļūmes.

 

4. Dzelzceļa transformatoru veidi

Ir vairāki dzelzceļa transformatoru veidi, un to konstrukcijas atšķiras atkarībā no dzelzceļa elektroapgādes sistēmas, uzstādīšanas vietas un pielietojuma. Galvenie veidi ir stacionārie vilces transformatori, iebūvēti vilces transformatori, auto-transformatori un vairāku-sistēmu vilces transformatori.

 

4.1. Stacionārie vilces transformatori

Stacionārie vilces transformatori tiek uzstādīti dzelzceļa apakšstacijās gar dzelzceļa līniju. Viņi atņem augstsprieguma strāvu no tīkla vai dzelzceļa elektroapgādes tīkla, pirms tiek piegādāta elektroenerģija vilcienam, izmantojot gaisa kontakttīkla sistēmu vai trešo sliedi.

Šos transformatorus parasti izmanto dzelzceļa elektrifikācijas sistēmās, lai nodrošinātu stabilu un uzticamu elektrovilcienu barošanas avotu.

 

4.2. Borta vilces transformatori

Borta vilces transformatori tiek uzstādīti tieši uz elektriskajiem vilcieniem vai lokomotīvēm. Tiem ir kompakts un viegls dizains, jo tiem jāpārvietojas kopā ar vilcienu, vienlaikus apstrādājot vilces sistēmas lielo -jaudas pieprasījumu.

Šie transformatori saņem strāvu no dzelzceļa gaisvadu sistēmas un samazina to līdz vilciena vilces un elektroiekārtām piemērotam spriegumam.

 

4.3. Vilces auto-transformatori

Vilces auto{0}}transformatori tiek izmantoti dzelzceļa elektroapgādes sistēmās, jo īpaši augstsprieguma{1}}un ātrgaitas{2}}dzelzceļa lietojumos. Tie palīdz uzturēt nepieciešamo spriegumu dzelzceļa līnijā un var samazināt sprieguma kritumu un jaudas zudumus lielos attālumos.

Atšķirībā no parastajiem divu-tinumu transformatoriem, automātiskais-transformators daļai primārās un sekundārās ķēdes izmanto kopīgu tinumu.

 

4.4. Vairāk{1}}sistēmas vilces transformatori

Multi-sistēmu vilces transformatori ir paredzēti elektrovilcieniem, kas darbojas dzelzceļa tīklos ar dažādām elektrifikācijas sistēmām. Tie var pielāgot dažādus barošanas spriegumus un frekvences, ļaujot vilcieniem darboties dažādos reģionos vai valstīs ar atšķirīgiem dzelzceļa jaudas standartiem.

 

4.5 Transformatori maiņstrāvas un līdzstrāvas vilces sistēmām

Dzelzceļa vilces transformatorus var klasificēt arī pēc dzelzceļa elektroapgādes veida.

Maiņstrāvas vilces transformatori tiek izmantoti maiņstrāvas dzelzceļu elektrifikācijas sistēmās, tostarp daudzos tālsatiksmes{0}}un ātrgaitas{1}}dzelzceļu tīklos. Tie samazina ienākošo maiņstrāvas spriegumu līdz līmenim, kas nepieciešams vilciena vilces sistēmai.

Līdzstrāvas vilces sistēmas parasti izmanto metro vilcieniem, tramvajiem un piepilsētas dzelzceļiem. Šajās sistēmās transformatorus parasti izmanto kopā ar taisngriežiem, lai pārveidotu ienākošo maiņstrāvu līdzstrāvas jaudā, kas nepieciešama dzelzceļa sistēmai.

Dzelzceļa transformatora izvēle ir atkarīga no dzelzceļa elektrifikācijas sistēmas, sprieguma un frekvences, uzstādīšanas veida, vilciena prasībām un ekspluatācijas apstākļiem.

 

5. Dzelzceļa vilces transformatoru pielietojumi

Dzelzceļa vilces transformatorus galvenokārt izmanto elektrificētās dzelzceļa sistēmās, lai nodrošinātu uzticamu jaudu vilcieniem un saistītajām dzelzceļa iekārtām. To pielietojums atšķiras atkarībā no dzelzceļa, vilciena un elektrifikācijas sistēmas veida.

 

6. Dzelzceļa vilces transformatora konstrukcija un specifikācijas

Vilces transformatora konstrukcija ir atkarīga no dzelzceļa elektrifikācijas sistēmas, uzstādīšanas veida, sprieguma līmeņa, jaudas prasībām un ekspluatācijas apstākļiem. Salīdzinot ar standarta jaudas transformatoriem, dzelzceļa transformatoriem ir jāiztur biežas slodzes izmaiņas, mehāniskās vibrācijas, elektriskās slodzes un prasīgi ekspluatācijas apstākļi.

 

6.1. serde un tinumi

Transformatora kodols nodrošina zemu-pretestības ceļu magnētiskajai plūsmai starp tinumiem. Augstas-kvalitātes serdes materiāli un stingrā konstrukcija palīdz transformatoram uzturēt uzticamu veiktspēju mainīgās dzelzceļa slodzēs.

Tinumi ir konstruēti atbilstoši nepieciešamajam spriegumam un jaudai. Lai nodrošinātu dzelzceļa vajadzībām nepieciešamo mehānisko izturību un elektrisko izolāciju, tiek izmantoti augstas kvalitātes-vadu materiāli un izolācijas sistēmas.

 

6.2. Spriegums un frekvence

Vilces transformatora specifikācijas ir atkarīgas no dzelzceļa elektroapgādes sistēmas. Kopējie dzelzceļa piegādes līmeņi ietver:

• 15 kV, 16,7 Hz maiņstrāva -, ko izmanto dažos Eiropas dzelzceļa tīklos.
• 25 kV, 50/60 Hz maiņstrāva - plaši izmanto dzelzceļa elektrifikācijai.
• 1,5 kV līdzstrāvas un 3 kV līdzstrāvas vilces sistēmas -, ko izmanto dažos pilsētu un parastajos dzelzceļa tīklos.

Izejas spriegums tiek izvēlēts atbilstoši vilces sistēmas un pakārtoto elektroiekārtu prasībām.

 

6.3. Jauda

Vilces transformatora nomināls parasti ir norādīts kVA vai MVA, un tas ir atkarīgs no vilciena, dzelzceļa tīkla un paredzamās slodzes. Dažādām lietojumprogrammām var būt nepieciešami dažādi jaudas rādītāji, sākot no mazākām vienībām vieglajiem dzelzceļiem un tramvajiem līdz lielākas-jaudas transformatoriem ātrgaitas-vilcieniem un lieljaudas{3}}dzelzceļa sistēmām.

Transformatoram jābūt arī konstruētam tā, lai tas izturētu īslaicīgas-pārslodzes un straujas slodzes izmaiņas vilciena paātrinājuma, bremzēšanas un normālas darbības laikā.

 

6.4. Dzesēšana un konstrukcija

Vilces transformatori var izmantot dažādas dzesēšanas metodes atkarībā no uzstādīšanas un jaudas prasībām.

Eļļas-transformatori izmanto izolācijas šķidrumu gan dzesēšanai, gan izolācijai.

Sausā-tipa transformatoros dzesēšanai tiek izmantots gaiss un cietie izolācijas materiāli, tāpēc tie ir piemēroti lietojumiem, kur eļļa netiek dota priekšroka.

Borta lietojumiem transformatoram jāatbilst arī stingrām telpas un svara prasībām. Atkarībā no vilciena konstrukcijas transformatorus var uzstādīt mašīntelpās, zem grīdas, zemās-grīdas zonās vai uz jumta.

 

6.5. Krāna mainītājs un sprieguma regulēšana

Transformatora sprieguma regulēšanai atbilstoši dzelzceļa energosistēmas prasībām var izmantot krānu pārslēgu. Atkarībā no lietojumprogrammas vilces transformators var izmantot ieslēgtu-slodzes krānu pārslēgu (OLTC) vai izslēgtu-slodzes krānu mainītāju.

OLTC var regulēt spriegumu, kamēr transformators paliek barots, savukārt izslēgtam-slodzes krāna pārslēgam ir nepieciešams atvienot transformatoru, pirms tiek mainīta krāna pozīcija.

 

6.6. Efektivitāte un enerģijas zudumi

Vilces transformatori ir paredzēti augstai efektivitātei, jo tie darbojas biežas un mainīgas slodzes apstākļos. To enerģijas zudumi galvenokārt ietver kodola zudumus un slodzes zudumus.

• Galvenie zaudējumi: galvenokārt izraisa histerēze un virpuļstrāvas transformatora kodolā. Šie zudumi saglabājas relatīvi stabili, kad transformators ir ieslēgts.
• Slodzes zudumi: galvenokārt izraisa tinumu pretestība un palielinās līdz ar slodzes strāvas kvadrātu.
• Citi zaudējumi: Kopējos zudumus var veicināt arī nejaušie zudumi, dielektriskie zudumi un dzesēšanas iekārtu patērētā jauda.

Faktiskā efektivitāte un zudumi ir atkarīgi no transformatora konstrukcijas, nominālās jaudas, materiāliem, dzesēšanas metodes un darbības slodzes. Tāpēc transformatora efektivitātes un zudumu vērtības jānovērtē atbilstoši konkrētajām projekta prasībām un piemērojamiem standartiem.

 

6.7. Aizsardzība un pārbaude

Uzticama aizsardzība ir būtiska, jo vilces transformatori darbojas ar lielu elektrisko un dinamisko slodzi. Tipiskās aizsardzības un uzraudzības funkcijas ietver:

• Pārstrāvas aizsardzība
• Pārsprieguma aizsardzība
• Temperatūras uzraudzība
• Izolācijas uzraudzība
• Aizsardzība pret zemējuma defektiem

Vilces transformatora testēšana tiek veikta, lai pārbaudītu elektrisko veiktspēju, izolācijas izturību, temperatūras veiktspēju un vispārējo uzticamību pirms transformatora nodošanas ekspluatācijā.

Galīgās vilces transformatora specifikācijas un nominālie rādītāji jānosaka saskaņā ar dzelzceļa sprieguma sistēmu, frekvenci, jaudas pieprasījumu, uzstādīšanas apstākļiem, dzesēšanas metodi un piemērojamiem standartiem.

 

6.8. Galvenās dizaina problēmas

Dzelzceļa vilces transformatoriem ir jāsabalansē vairākas prasības, tostarp:

Liela jauda: Izturēt lielas un strauji mainīgas slodzes.

Termiskā vadība: Izkliedē siltumu prasīgos darbības apstākļos.

Mehāniskā izturība: Izturēt vibrāciju un mehānisko spriegumu.

Kompaktums: atbilst telpas un svara ierobežojumiem, īpaši borta lietojumiem.

Uzticamība: Uzturiet stabilu darbību, veicot minimālu apkopi.

 

7. Kā izvēlēties dzelzceļa transformatoru?

Pareiza dzelzceļa transformatora izvēle ir atkarīga no dzelzceļa energosistēmas, slodzes prasībām, uzstādīšanas apstākļiem un piemērojamiem standartiem. Pirms pasūtījuma veikšanas ir svarīgi apstiprināt tālāk norādītās galvenās specifikācijas.

 

7.1 Nominālā jauda un spriegums

Transformatoram jābūt ar pietiekamu jaudu, lai izturētu paredzamo dzelzceļa slodzi, tostarp maksimālo un mainīgo slodzi ekspluatācijas laikā. Nepieciešamā nominālā jauda un augsts-sprieguma līmenis ir jānosaka atbilstoši dzelzceļa elektroapgādes sistēmai.

SCOTECH var nodrošināt transformatorus ar nominālo jaudu līdz 100 MVA un nominālo augstu spriegumu līdz 132 kV, ar pielāgotiem nomināliem, kas pieejami atbilstoši projekta prasībām.

 

7.2 Savienojuma un fāzes prasības

Transformatora savienojumam jāatbilst dzelzceļa vilces sistēmai un tās barošanas avota konfigurācijai. Dažādiem dzelzceļa lietojumiem var būt nepieciešami dažādi fāžu izvietojumi un tinumu savienojumi.

Pieejamās savienojuma iespējas ietver:

• YN,d11
• YN, d11, d5
• V₀V₀
• Scott-pieslēgts (3-fāzu/2-fāžu)
• Leblanc{0}}pieslēgts (3 fāžu/2 fāžu)
• Woodbridge{0}}pieslēgts (3 fāžu/2 fāžu)

 

7.3. Izolācijas un dzesēšanas vide

Izolācijas un dzesēšanas līdzekļa izvēle ir atkarīga no uzstādīšanas vides, veiktspējas prasībām un projekta specifikācijām.

SCOTECH var nodrošināt dažādas iespējas, tostarp FR3, minerāleļļu, silikonu, ogļūdeņražu un augu eļļu.

Dzesēšanas sistēmas var arī konfigurēt atbilstoši transformatora jaudai un pielietojumam, izmantojot cinkotus vai nerūsējošā{0}}tērauda radiatorus.

 

7.4 Tvertne un piederumi

Transformatora tvertnei un vākam jānodrošina pietiekama mehāniskā izturība un iekšējo komponentu aizsardzība. Atkarībā no projekta prasībām SCOTECH piedāvā viegla tērauda vai nerūsējošā tērauda tvertnes un vākus.

Var konfigurēt arī papildu piederumus, tostarp:

• Buhholca stafete
• Strāvas transformators (CT)
• Ieslēgt-krāna mainītāju (OLTC)
• Šķirošanas kaste
• Tinuma temperatūras indikators
• Citi uzraudzības un aizsardzības piederumi

 

7.5. Pretestība un pielāgotās prasības

Transformatora pretestība ietekmē sprieguma regulēšanu un īssavienojuma{0}} veiktspēju, tāpēc tā ir jāizvēlas atbilstoši dzelzceļa sistēmas prasībām.

SCOTECH atbalsta pielāgotu pretestību un vajadzības gadījumā var nodrošināt elektrostatisko vairogu. Citus transformatora parametrus var pielāgot arī atbilstoši projekta specifikācijai.

 

7.6. Standarti un testēšana

Dzelzceļa transformatori jāprojektē un jātestē atbilstoši konkrētajam projektam un tirgum nepieciešamajiem standartiem. SCOTECH projektē transformatorus atbilstoši piemērojamiem IEC, ANSI/IEEE, NEMA, CSA un citiem atbilstošiem standartiem.

Pirms dzelzceļa transformatora izvēles pārbaudiet nepieciešamo jaudu, spriegumu, frekvenci, savienojumu, izolāciju un dzesēšanas vidi, pretestību, piederumus, uzstādīšanas nosacījumus un piemērojamos standartus. Šīs informācijas sniegšana transformatora ražotājam palīdz nodrošināt, ka galīgais dizains atbilst dzelzceļa energosistēmai un ekspluatācijas prasībām.