电力机车牵引变压器油泵种类和改进分析

王 玲 但堂睿

（1.重庆公共运输职业学院轨道车辆与机械系，重庆402247；2.重庆ABB江津涡轮增压系统有限公司，重庆402247）

1 产品概述

电力机车变压器油泵是适用于电力机车变压器强迫循环冷却系统中的专用油泵，冷却方式为内循环冷却。

电力机车变压器油泵为油泵与电动机组合一体的结构形式。壳体与机座采用特种钢板材质焊接加工成型，防渗漏能力强。油泵部分：采用离心式泵，叶轮直接安装在电机轴端，靠叶轮旋转的离心力作用产生压差。电动机部分：采用潜油结构，并进行特殊设计，以平衡电压、电流、频率的波动所带来的不良影响，按轴功率配用电机，并能在入口油温不超过80℃的热变压器内长期运行。

2 目前国内外生产的变压器油泵的结构形式一般如下

2.1 按泵的叶片形式划分

（1）离心式变压器油泵：配装离心式叶片泵，一般适用于变压器强油风冷却器。

（2）轴流式变压器油泵：配装轴流式叶片泵，一般适用于低扬程、大流量、低油阻力的变压器片式散热器冷却系统中，可做多种冷却形式的切换选择：当泵停止运转的时候，油泵只相当于一段低阻力的管路连接段，此时变压器可做ONAN（自冷式）或ONAF（风冷式）运行。当泵通电运转时，可做OFAF（强油风冷式）运行，冷却效率大大提高，温升系数C值大幅度下降。

2.2 按驱动电机结构划分

（1）常规感应三相异步电动机驱动的普通型变压器油泵。

（2）盘式电机（轴向气隙）驱动的盘式变压器油泵。

两种结构的差别主要是驱动电动机不同，使用功能、安装尺寸、形式完全相同。

3 盘式变压器油泵

日本是首先将盘式电动机应用到变压器油泵上的国家，它的转子靠不旋转的轴与旋转的轴承支撑着悬在定子上面，如同磨盘上的碾。故名：盘式电机变压器油泵。

3.1 盘式电机的优点

（1）硅钢片的材料利用率达70%以上，普通电机只有45%。

（2）结构紧凑，轴向长度短，只有普通电动机长度的1/2，但幅向粗大。

步骤1：根据互质阵模型，求解接收信号的协方差矩阵，并对协方差矩阵进行列向量化处理，构造虚拟阵列模型，如式(11)所示；

（3）电动机散热条件好，设计电密高。

3.2 盘式电机做成变压器油泵时应该密切注意的问题

（1）盘式电机的轴向磁拉力是很强的。当轴承经过长期运转产生磨损和间隙时，这种轴向磁拉力会使这个间隙直接转化为定子、转子间气隙的减少，直至定子、转子铁与铁之间的摩擦。

（2）盘式泵启动电流和运行电流都比普通型电动机油泵大20%以上、启动力矩低、启动时间长。

采用双推力轴承的盘式泵，其现场检修调整轴承间隙时工艺难度较大。轴承间隙大，则电流很高；间隙小，则效果不佳。不进行定期维修的盘式泵容易造成变压器运行油色谱异常、油温升高、油流继电器抖动等诸多问题。

综上，变压器油泵可靠性要求高，ABB、SIEMENS、俄罗斯等随主机出口到我国的变压器油泵均为常规感应电动机结构的产品；我国则是将盘式电机变压器油泵作为一种低速泵的新产品加以广泛应用。在运行中如果忽略对其轴承的严密监控，随着这种结构油泵运行时间的累积，事故的概率会加大。

4 关于轴流式变压器油泵

目前，片式散热器冷却系统配套变压器的规模和容量越做越大。大型变压器还可以根据负载情况进行ONAN（自冷式）、ONAF（风冷式）或OFAF（强油风冷式）等多种冷却形式切换选择运行。当片式散热器以ONAF（风冷式）或OFAF（强油风冷式）运行时，冷却效率会大大提高，温升系数C值下降。片式散热器，以其免维护、辅机损耗小、低噪声、低成本等优势，与传统强油风冷却器和强油水冷却器相比具有明显的优越性。而配套片散的变压器油泵，必须首先要满足低油阻力、低扬程、大流量这样的运行特点。

5 变压器油泵的故障诊断和实时监控问题的探讨

在我国，目前变压器油泵的故障诊断技术还非常原始，油泵故障的实时监控技术还是空白。油泵运行状态与故障隐患不可预知。一旦发现油泵故障时，油泵已经到了不得不退出运行的状态，这时往往由于电气故障和机械故障磨损下来的大量金属颗粒、碳化物、乙炔等已经进入变压器内部，从而导致变压器需要进行放油、开箱、器身清洗，烘干、下箱，注油，例行试验等操作，工艺复杂，严重的甚至会做成变压器绝缘的破坏或整个报废，造成较大的成本损失。

5.1 带有监控功能的变压器油泵和集中监测系统构成如下

（1）带有监控功能的变压器油泵（可订购亦可现场改造）。

（2）前端机，安装在变压器附近，可定时循环采集并检测显示2～12台油泵运行状态和电流信号，并完成各路信号的汇总、分析处理及显示相关信息，实现与集中监测机或直接与运行维护人员的数据通信。

（3）集中监测机（可选），安装在变电站监控机房内，与前端机有线相连，完成变压器油泵的长距离监测，前端机与集中监测机间通信距离为有线1 000米之内。

一般一台变压器安装一台前端机，可监测12台变压器油泵，一台集中监测机可接2～8台前端机。

5.2 带有监控功能的变压器油泵的原理

通过泵内的电磁感应传感器检出变压器油泵的运行间隙，从而实时监控泵的轴承磨损情况、运行状况和预判故障。通过现场设置的前端机中显示的各台油泵的绿区（安全运行）、黄区（临界预警）、红区（危险警示）显示，可以即时显示和预判油泵的运行状态、工作电流与故障。当进入“红区”时，会发出声光报警和信息输出。故障检出率：100%。传感器是由一组与油泵绕组相同材料绕制并与绕组绝缘成一体的感应线圈，与传统常规变压器油泵相比，结构和功能相同，只是在出线盒位置附加了一接口，完全符合变压器油泵产品运行可靠性的特殊要求。

5.3 集中监测机(可选）

为现场运行的多台份“前端机”监控提供了信息化、智能化的便捷窗口手段。当集中监控实施后，各台份油泵实时运行和时段运行状况都有了信息化的记录内容，还可实现远程通信报警。这使得现场户外高电压、强电场、恶劣环境下的变压器监测维护管理人员随时掌握设备运转情况。使监控维护工作变被动为主动，尽量减少停机事故的发生，极大地提高了设备的可靠性技术水平。

6 机车变压器油泵的发展方向问题

变压器油泵安装在电力机车上，抗冲击和抗振动性能强，防护等级高。随着我国高铁和机车运行里程数越来越多，高可靠性，节能高效、功能一体化、智能化，是机车变压器油泵今后的发展方向。同时，机车变压器油泵的发展，还与世界范围的新材料、新工艺、新技术突破息息相关。因此，尽快规范并组织起全行业的优化系列设计，使我国变压器油泵水平朝着科学的、健康的方向发展，有利于变压器整体技术水平的提高。