電力機車牽引變壓器油泵種類和改進分析

王 玲 但堂睿

（1.重慶公共運輸職業學院軌道車輛與機械系，重慶402247；2.重慶ABB江津渦輪增壓系統有限公司，重慶402247）

1 產品概述

電力機車變壓器油泵是適用于電力機車變壓器強迫循環冷卻系統中的專用油泵，冷卻方式為內循環冷卻。

電力機車變壓器油泵為油泵與電動機組合一體的結構形式。殼體與機座采用特種鋼板材質焊接加工成型，防滲漏能力強。油泵部分：采用離心式泵，葉輪直接安裝在電機軸端，靠葉輪旋轉的離心力作用產生壓差。電動機部分：采用潛油結構，并進行特殊設計，以平衡電壓、電流、頻率的波動所帶來的不良影響，按軸功率配用電機，并能在入口油溫不超過80℃的熱變壓器內長期運行。

2 目前國內外生產的變壓器油泵的結構形式一般如下

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油風冷卻器。

（2）軸流式變壓器油泵：配裝軸流式葉片泵，一般適用于低揚程、大流量、低油阻力的變壓器片式散熱器冷卻系統中，可做多種冷卻形式的切換選擇：當泵停止運轉的時候，油泵只相當于一段低阻力的管路連接段，此時變壓器可做ONAN（自冷式）或ONAF（風冷式）運行。當泵通電運轉時，可做OFAF（強油風冷式）運行，冷卻效率大大提高，溫升系數C值大幅度下降。

2.2 按驅動電機結構劃分

（1）常規感應三相異步電動機驅動的普通型變壓器油泵。

（2）盤式電機（軸向氣隙）驅動的盤式變壓器油泵。

兩種結構的差別主要是驅動電動機不同，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機應用到變壓器油泵上的國家，它的轉子靠不旋轉的軸與旋轉的軸承支撐著懸在定子上面，如同磨盤上的碾。故名：盤式電機變壓器油泵。

3.1 盤式電機的優點

（1）硅鋼片的材料利用率達70%以上，普通電機只有45%。

（2）結構緊湊，軸向長度短，只有普通電動機長度的1/2，但幅向粗大。

步驟1：根據互質陣模型，求解接收信號的協方差矩陣，并對協方差矩陣進行列向量化處理，構造虛擬陣列模型，如式(11)所示；

（3）電動機散熱條件好，設計電密高。

3.2 盤式電機做成變壓器油泵時應該密切注意的問題

（1）盤式電機的軸向磁拉力是很強的。當軸承經過長期運轉產生磨損和間隙時，這種軸向磁拉力會使這個間隙直接轉化為定子、轉子間氣隙的減少，直至定子、轉子鐵與鐵之間的摩擦。

（2）盤式泵啟動電流和運行電流都比普通型電動機油泵大20%以上、啟動力矩低、啟動時間長。

采用雙推力軸承的盤式泵，其現場檢修調整軸承間隙時工藝難度較大。軸承間隙大，則電流很高；間隙小，則效果不佳。不進行定期維修的盤式泵容易造成變壓器運行油色譜異常、油溫升高、油流繼電器抖動等諸多問題。

綜上，變壓器油泵可靠性要求高，ABB、SIEMENS、俄羅斯等隨主機出口到我國的變壓器油泵均為常規感應電動機結構的產品；我國則是將盤式電機變壓器油泵作為一種低速泵的新產品加以廣泛應用。在運行中如果忽略對其軸承的嚴密監控，隨著這種結構油泵運行時間的累積，事故的概率會加大。

4 關于軸流式變壓器油泵

目前，片式散熱器冷卻系統配套變壓器的規模和容量越做越大。大型變壓器還可以根據負載情況進行ONAN（自冷式）、ONAF（風冷式）或OFAF（強油風冷式）等多種冷卻形式切換選擇運行。當片式散熱器以ONAF（風冷式）或OFAF（強油風冷式）運行時，冷卻效率會大大提高，溫升系數C值下降。片式散熱器，以其免維護、輔機損耗小、低噪聲、低成本等優勢，與傳統強油風冷卻器和強油水冷卻器相比具有明顯的優越性。而配套片散的變壓器油泵，必須首先要滿足低油阻力、低揚程、大流量這樣的運行特點。

5 變壓器油泵的故障診斷和實時監控問題的探討

在我國，目前變壓器油泵的故障診斷技術還非常原始，油泵故障的實時監控技術還是空白。油泵運行狀態與故障隱患不可預知。一旦發現油泵故障時，油泵已經到了不得不退出運行的狀態，這時往往由于電氣故障和機械故障磨損下來的大量金屬顆粒、碳化物、乙炔等已經進入變壓器內部，從而導致變壓器需要進行放油、開箱、器身清洗，烘干、下箱，注油，例行試驗等操作，工藝復雜，嚴重的甚至會做成變壓器絕緣的破壞或整個報廢，造成較大的成本損失。

5.1 帶有監控功能的變壓器油泵和集中監測系統構成如下

（1）帶有監控功能的變壓器油泵（可訂購亦可現場改造）。

（2）前端機，安裝在變壓器附近，可定時循環采集并檢測顯示2～12臺油泵運行狀態和電流信號，并完成各路信號的匯總、分析處理及顯示相關信息，實現與集中監測機或直接與運行維護人員的數據通信。

（3）集中監測機（可選），安裝在變電站監控機房內，與前端機有線相連，完成變壓器油泵的長距離監測，前端機與集中監測機間通信距離為有線1 000米之內。

一般一臺變壓器安裝一臺前端機，可監測12臺變壓器油泵，一臺集中監測機可接2～8臺前端機。

5.2 帶有監控功能的變壓器油泵的原理

通過泵內的電磁感應傳感器檢出變壓器油泵的運行間隙，從而實時監控泵的軸承磨損情況、運行狀況和預判故障。通過現場設置的前端機中顯示的各臺油泵的綠區（安全運行）、黃區（臨界預警）、紅區（危險警示）顯示，可以即時顯示和預判油泵的運行狀態、工作電流與故障。當進入“紅區”時，會發出聲光報警和信息輸出。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線圈，與傳統常規變壓器油泵相比，結構和功能相同，只是在出線盒位置附加了一接口，完全符合變壓器油泵產品運行可靠性的特殊要求。

5.3 集中監測機(可選）

為現場運行的多臺份“前端機”監控提供了信息化、智能化的便捷窗口手段。當集中監控實施后，各臺份油泵實時運行和時段運行狀況都有了信息化的記錄內容，還可實現遠程通信報警。這使得現場戶外高電壓、強電場、惡劣環境下的變壓器監測維護管理人員隨時掌握設備運轉情況。使監控維護工作變被動為主動，盡量減少停機事故的發生，極大地提高了設備的可靠性技術水平。

6 機車變壓器油泵的發展方向問題

變壓器油泵安裝在電力機車上，抗沖擊和抗振動性能強，防護等級高。隨著我國高鐵和機車運行里程數越來越多，高可靠性，節能高效、功能一體化、智能化，是機車變壓器油泵今后的發展方向。同時，機車變壓器油泵的發展，還與世界范圍的新材料、新工藝、新技術突破息息相關。因此，盡快規范并組織起全行業的優化系列設計，使我國變壓器油泵水平朝著科學的、健康的方向發展，有利于變壓器整體技術水平的提高。