牵引整流机组

整流机组是地铁牵引变电所最重要的设备，其作用是将环网电缆35 kV AC（或33 kV AC、10 kV AC）电压降压为交流1 180 V，再整流输出直流1 500 V，经输电网上电动隔离开关给接触网供电，实现直流牵引。整流机组由整流变压器和整流器组成。

一、整流机组工作原理

为了提高功率因数、降低牵引变压器网侧线电压波形畸变，以减少对电网的干扰，以及降低输出直流电压的纹波系数，城轨交通供电系统中的牵引整流机组采用等效24脉波整流电路。

我们知道，在正弦波0～2π之间，如果是24相整流，就有24个脉波，每个脉波为π/12。为了获得等效24相脉波的整流电压，就必须使两台整流变压器的二次侧输出之间移相15°角。

实际产品中，两台整流变压器分别与12相整流器组成独立的12相整流系统。每一台整流变压器高压绕组都采用双绕组结构，并且采用三角形移相方法，使两台变压器分别移相±7.5°角，其中一台整流变压器移相＋7.5°角，绕组联结为Dy7-d2，如图3.4所示；另一台则移相－7.5°角，绕组联结为Dy5-d0，如图3.5所示。由此，两台整流变压器一次侧并联接在同一电网中，二次侧电压相同，相位相差15°角。每台变压器二次侧分别连接两组三相全波桥式整流电路，如图3.6所示，输出等效直流12相脉波电压。两组等效12相整流输出并联，构成24相整流输出电压。

图3.4　整流变压器绕组Dy7-d2联结图

图3.5　整流变压器绕组Dy5-d0联结图

如果只考虑其中一个整流机组整流后输出的直流电压波形时，可得到其直流波形，如图3.7所示，其输出直流波形在一个周期中脉动12次，每个波动的间隔为 30°电角度。当两个整流机组并联运行后，输出的直流波形如图3.8所示，即在一个周期内为24脉波。图3.8可由图3.7的波形叠加其本身平移15°后的波形处理后得到。

图3.6　等效24相整流一次接线示意图

图3.7　单台变压器整流后输出的波形（一个周期）

图3.8　两台变压器整流后输出的波形（一个周期）

根据以上原理构建的整流器系统如图3.9所示。

图3.9　整流器系统原理图
1Fu11～2Fu63—快速熔断器；Rv1～Rv7—压敏电阻；Pt100—温度传感器；XMT—温度控制器；
KWN—凝露控制器；R1、R2、C1—直流侧吸收RC；R3～R6—负载电阻；V1—直流电压表；
A1—直流电流表；V2—交流电压表；D1、D2—前后门照明灯；K1、K2—行程开关；
K4—手动开关；JR1、JR2—电加热板；RES—复位按钮；I1～I6—可编程控制器；
TD—液晶显示屏；DC/DC—电源板；
XT—故障输出端子；NL—逆流保护

二、整流变压器的结构与维护

1. 整流变压器的结构

整流变压器为干式变压器，外观如图3.10所示。

整流变压器的内部结构如图3.11所示。变压器每柱为四线圈结构，两两上下叠装，通过铁芯夹件压板、绝缘垫块将绕组压紧。垫块与夹件间采用压钉结构，垫块与绕组间以硅橡胶板压紧，形成一个弹性缓冲结构。线圈的轴向采用螺栓压紧垫块，此种结构可保证每个垫块紧固无松动，可避免由于夹件或线圈端部不平整而造成受力不均的现象发生。为保证每个散热气道的有效利用，在线圈绕制时，即对气道、垫块位置进行计算，以保证上、中、下三层垫块压紧时，不堵住气道，保证风道保有最高效率。每个垫块上都附有硅橡胶板，对线圈起着缓冲防震的作用，降低绕组与铁芯共振所产生的噪声。变压器下部装设小车，便于变压器整体纵向或横向移动，并能固定安装，顶部设置起吊用吊环。

高压线圈为多层分段圆筒式，两线圈（△接）并联轴向双分裂，网侧移相，中部出线结构。线圈采用铜导线绕制，玻璃纤维作加强，在真空下用H级环氧树脂浇注。环氧树脂是在严格的工艺条件下，经过真空脱泡，使浇注后线圈内部无气泡、无局部放电的材料。线圈具有外表美观、绝缘性能好的特点，并且具有极好的耐湿性能，防污染，可在恶劣环境中正常运行。线圈还具有机械强度高、抗短路性能好及难燃自熄，且当工作温度发生剧烈变化时，线包表面不会开裂等特点。

图3.10　整流变压器外观图

图3.11　整流变压器的内部结构示意图

低压线圈为轴向双分裂结构，y联结和d联结上下分别出线（在图2.26和2.27中，系统1为y联结，系统2为d联结），且各设一个散热气道，低压线圈利用同一内模分开绕制，使得线圈内、外径尽量相同，气道内外尺寸相同，确保单组阻抗的平衡及散热要求。线圈采用铜导线绕制，玻璃纤维作加强，在真空下进行H级环氧树脂浇注，其工艺与高压线圈相同。

变压器的低压线圈中，上线圈温升会高于下线圈温升，因此在温升设计时以上线圈为准。由于两组低压线圈匝数不一致，在高压线圈上采取上、下线圈匝数不一致的方式，保证变压器的电压比，并在高压线圈上主绕组和移相线组上均设置分接头，以有效地保证各挡分接的电压比。在高压线圈首末端均加强绝缘，减小雷电冲击对变压器的损坏。

根据地铁潮湿的使用环境，变压器铁芯表面使用黑色环氧树脂漆。该漆防锈能力强，能有效保证铁芯不生锈。

2. 整流变压器的维护要点

为了保证变压器能正常运行，需对它进行定期监视和维护。

① 应经常监视温控仪温度显示值，及时掌握变压器的运行情况，并注意有无异常声音及振动。

② 变压器三相负载不平衡时，应监视最大一相的电流和最高一相的温度。接线为Yyn0的变压器允许的最大中性线电流为低压线电流的25%，Dyn11变压器允许的最大中性线电流可与低压线电流相同。

③ 当变压器有以下情况时，如风机运转不正常、温度显示异常、绕组树脂绝缘外观有微小裂纹等现象时，不准超铭牌运行，应查找原因或与制造单位联系确认。

④ 干燥清洁的场所，每年或更长一点时间进行一次检查；在其他场合，例如：在有灰尘或混浊的空气中运行时，每3～6个月进行一次检查；重污秽地区，每月须进行停电维护检查。

⑤ 检查时，如果发现灰尘聚集过多，则必须清除以保证空气流通和防止绝缘击穿，但不得使用挥发性的清洁剂。要特别注意清洁变压器的绝缘子、绕组装配的顶部和底部，并使用压缩空气吹净通风气道中的灰尘。压缩空气的流动方向与变压器运行时冷却空气的流动方向相反。

⑥ 检查紧固件、连接件是否松动，导电零件以及其他零部件有无生锈、腐蚀的痕迹，还要观察绝缘表面有无碳化和电蚀痕迹。如发现，要采取相应的措施进行处理。

3. 安全注意事项

① 变压器、变压器外壳或变压器隔离围栏应接地良好，并有安全警告标志。

② 变压器投入运行以后，禁止触摸变压器主体，以防止事故发生；无励磁调压变压器严禁带电调压。

③ 变压器进行高压试验前，应将温度传感器电缆从温控箱上卸下，以防损坏温控箱。所有温度传感器、传感线、二次控制线均不得与变压器的带电部分接触。

三、整流器的结构与维护

1. 整流器结构

在牵引变电所中，整流器实际上是由两面整流器柜来实现。整流器柜采用1 200 mm× 1 200 mm×2 300 mm（宽×深×高）的金属屏柜，柜体无焊接，全部采用螺栓联接。在柜体的前后门下部开有进气网孔，上部设有散热通风孔，两侧封盖。柜体经电镀锌处理，防腐性强，表面静电塑料喷粉。

两个三相整流桥分别装于两个屏柜内，整流器柜从前后开门可以清楚看到垂直排列的三列元件。其中一个柜内放置4、6、2桥臂，另一柜内放置1、3、5桥臂。两个三相桥的对应序号桥臂1U1和2U1、1U3和2U3……并联在一起，共阳极或共阴极组成一组整流堆，每组整流堆由一个加工成条状的散热器和6个块状的散热器压装上二极管组成，每组整流堆有6只二极管，每柜共六组整流堆。

交流汇流母排L1、L2、L3、L4、L5、L6及直流输出母排L+、L-集中在屏柜的下方进、出线。快速熔断器一端接至交流母排上，另一端用铜排与块状（独立）散热器联接。柜体的防护等级为IP20。柜前有模拟图，显示整流器的接线方式。

整流器柜屏面图如图3.12所示，包括仪表（交流输入电压表、直流输出电流表、直流输出电压表）、按钮及指示灯、保护电源指示灯、加热按钮、加热切除按钮、凝露指示灯、复位按钮、故障指示灯、故障信息显示屏（快速熔断器熔断显示、霍尔传感器电源故障显示、整流器超温显示、整流器最热点温度显示）。

整流器柜内部结构如图3.13所示。

图3.12　整流器屏面图

图3.13　整流器柜内部结构图

2. 整流机组的运行与维护

对于整流器组来说，由于其工作电压不是很高，故对绝缘水平的要求相对较低。检修时，一些高压试验项目如交、直流耐压试验、局部放电试验等一般都可以不做，只要用摇表测试其绝缘合格后就可以送电投入运行。但是由于受整流器的负荷特性影响，其内部一次元件容易松动，因此平时对设备的巡视维护工作很重要，特别是对整流器、熔断器、RC回路等一次元件的紧固、过热监测等工作要极为重视。

牵引整流器的维修分为日常巡视、周期性维护检修。

（1）日常巡视

日常巡视由变电所值班员或巡检人员操作（列入交接班巡视内容），巡视内容如表3.5所示。

表3.5　整流器巡视项目

（2）周期性维护检修

整流器的维护检修周期一般为一年，对于运行环境较恶劣（特别是灰尘较大）的整流器应该适当缩短。其项目如表3.6所示。

表3.6　整流器维护项目

复习思考 >>>

1. 干式变压器的结构特点是什么？

2. 简述干式变压器的日常巡检项目和维护项目。

3. 简述整流机组的巡视项目和维护项目。

4. 简述牵引变电所整流机组的工作特点。