HXD2型电力机车辅助变压器过热故障分析处理

王飞

摘   要：本文在HXD2电力机车辅助变流器原理说明基础上，分析了220V辅助供电电源变压器温度过高甚至烧损故障原因，并采取有效解决措施，为后续类似故障处理提供参考。

关键词：逆变器  低通滤波器  漏感

中图分类号：U264.6                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）11（b）-0093-02

Abstract： Based on the principle description of HXD2 electric locomotive auxiliary converter， this paper analyzes the cause of overheating or even burning fault of 220V auxiliary power supply transformer， and takes effective measures. It provides reference for subsequent similar fault handling in electric locomotive.

Key Words： Inverter; Low-pass filter; Leakage inductance

近年来我国轨道交通快速发展，铁路装备制造企业对大功率交流传动电力机车研究不断深入，具有了完全自主知识产权的电力机车研发平台。电力机车辅助供电电源是机车可靠运行的必要保证，220V辅助供电变压器高温甚至烧损给机车正常运行带来不利影响，为此，对辅助供电变压器故障原因进行深入分析。

1  HXD2型电力机车辅助电源原理说明

辅助供电电路原理如图1所示，AC380V电路主要由Buck降压电路和辅助逆变器构成给机车上的三相负载提供AC380V电源，AC220V电路由辅助逆变器输出电压供电，经过辅助变压器TF和滤波电容器给单相负载提供AC220V电源。

Buck降压电路主要由功率器件IGBT、斩波电抗器、直流电压支撑电容器以及必备的电压/电流传感器等部件共同组成，利用Buck电路原理和高频斩波控制实现DC/DC变换功能，将来自牵引变流器中间电路的DC1800V直流电压变为DC545V的直流电压，为辅助逆变器提供电源。

辅助逆变器是辅助变流器中的关键组成部件，逆变器采用SHEPWM控制方式将DC545V输入电压逆变为的基波为50Hz的PWM电压直接给三相辅助负载供电，输出电压主要包含23次、25次及更高次谐波。AC220V供电电路由三相电源的一路线电压供电，经过380/220变压器和低通滤波器滤波输出具有良好电源品质的220V电压。

2  220V供电电路原理说明

辅助逆变器输出的PWM电压含有较高谐波，谐波对用电设备及线路不利，例如增加设备发热，降低设备效率，电机类负载产生较大转矩脉动等。220V电源主要用于机车上生活设备用电和窗加热等，需要较高的电源品质，因此采用降压变压器和滤波器电路结构滤除辅助变流器输出电压的谐波，为负载提供准正弦波，减少谐波对负载的危害。

辅助变压器的功能是实现PWM电压降压获得负载端所需电压，同时实现了变流器输入端和单相辅助负载之间的电气隔离;变压器设计有较高漏感，漏感与滤波电容器构成LC低通滤波器，滤除PWM电压的高次谐波输出准正弦波供给单相负载。

图2所示为辅助变压器通过绕组归算原理简化等效，漏感折算到变压器次边与电容器构成滤波电路原理图，一般的变压器等效电路中漏电阻远小于漏感，因此等效电路中忽略了绕组阻抗。图中Rm和Lm分别是变压器激磁电阻和激磁电感，Lu是变压器折算到次边侧的漏感值，C是滤波电容器。

3  变压器过温故障分析

220V辅助變压器安装在辅助变流柜中，采用自然冷却方式散热，在运行中多次出现温度过高或变压器烧损问题，为此对变压器运行状态分析和电气参数检，发现变压器漏感没有达到设计值要求，对此进行技术分析。

当变压等效漏感为时，总负载阻抗模值为，考虑变压器输出电压不变，变压器绕线电阻不变情况，变压器实际发热量为设计值的k倍，k值接近2倍。

变压器漏感量不足导致总负载减小电流增加，变压器绕组发热增加，为此分析故障变压器绕组结构，确定在保证变压器最大外形尺寸和其它电气参数不变情况，适当增加绕组层间间隙提高变压器漏感方案使漏感达到3800uH满足4100uH±10%要求，变压器绕组层间间隙增加示意图如图3所示。对改进后的变压器进行按照GB/T 25120-2010轨道交通机车车辆牵引变压器和电抗器标准进行温升试验，在6.5kW额定负载工况环境温度为17℃时，测得变压器最高温度为62℃满足H级绝缘要求，改进后辅助变压器装车后运行温度正常。

4  结语

HXD2电力机车运用中出现220V辅助供电变压器过温故障，通过对辅助变压器电气参数测试，辅助变压器供电原理分析确认了漏感不足引起的变压器温度过高故障原因，对变压器进行改进后进行温升试验和装车运行证明措施可行，对以后机车的运用与检修起到了较好的指导和参考作用。

参考文献

[1] 傅雪军.HXD2F机车辅助变流系统的电路参数及仿真研究[J].铁道机车车辆，2018（38）：37-40.

[2] 付拥军，张中，刘密.HXD2型大功率交流传动货运电力机车辅助电气系统[J].机车电传动，2009（1）：10-13.

[3] 尹克宁.变压器设计原理[M].北京：中国电力出版社，2003.