摘要：扼流变压器在电气化铁路区段中起沟通牵引回流和传输轨道信号的作用，我国自上世纪70年代首条电气化铁路开通运营以来，随着铁路机车的发展，特别是高速铁路和重载铁路的出现，扼流变压器的电流通流量从最早的400A，逐步上升到现在的1600A，扼流变压器的体积和重量也遂着通流量的增加急剧的增加，由此造成原材料的增加及现场施工安装的不便。本文阐述了实施扼流变压器小型化的必要性，并分析小型化措施的可行性，旨在降低扼流变压器的体积和重量，节省原材料，方便现场施工安装。
关键词：扼流变压器；小型化；可行性分析
一、历史发展及小型化的原因及现状
我国的铁路信号自动化控制技术及体制主要继承于苏联，其产品特点为傻、大、笨、粗，但皮实耐用。其中尤其以扼流变压器最为典型，苏联地大物博，人口稀少，而我国虽也地大物博，但却人口稠密，人均资源并不丰富，也就是说苏联是真正的地大物博，而我们则不是，所以节约资源，特别是不可再生资源对于我们来说显得尤为重要。由于体制的原因，我们的扼流变压器这么多年来虽然生产工艺上有所发展，但结构上并没有改变，造成产品的体积和重量都很大，除了所需料材多，成本高外，在使用时也是很不方便，受铁路地形的限制，1000A以上的扼流变压器卸车后需要4个农民工朋友才能搬运到使用现场。出口国外时，用户看到产品就摇头，发达国家的产品除了性能要可靠外，还很重视产品的外观、轻便等因素。
在保证产品可靠性的前提下，扼流变压器的小型化可以实现节约资源和提高产品的品质，使之便捷、好用，利于产品出口。
二、产品的现状
扼流变压器的作用为沟通牵引电流和传递轨道信号，原理见图1所示。
工频牵引电流经钢轨流入扼流变压器的1、2端，经扼流变压器的3端流出到左端扼流变压器的3端，再从左端扼流变压器1、2端流出上钢轨，完成牵引回流的沟通。轨道信号经扼流变压器的4、5输入后，1、2端输出，经钢轨传输到轨道信号的接收端，实现轨道空闲与占用的检查。
扼流变压器根据中点3允许通过的额定电流分为400A、600A、800A、1000A、1200A、1600A等几个类型。目前的扼流变压器为干式变压器，冷却方式为空气自冷（AN），绝缘等级为B级绝缘，变压器的外壳采用的是灰铸铁铸造而成，防护等级为IP43，牵引线圈的电流密度为2.8A/mm2，采用H62材质加工而成的螺栓引出。
三、扼流变压器小型化的措施
1、壳体由原来的铸铁结构改为铸铝结构
目前扼流变压器的壳体为铸铁结构，大部份厚度为8mm，由于受铸造工艺所限，壳体薄厚不一，表面粗糙，与壳盖配合后，其防护等级只能达到IP43，且由于铸铁的密度较大，壳体所占的重量达到整个扼流变压器重量的40%左右，改为铸铝后，同样的壳体，在厚度不变的情况下，重量为原铸铁壳体的40%左右。由于铸铝的工艺较好，壳体表面较光洁，与壳盖配合后，其防护等级能达IP55以上，且由于铝的散热性较好，在相同发热量的情况下，将铸铁外壳改为铸铝外壳，能减小体积和重量。
2、干式变压器改为腊式变压器
由于原扼流变压器的壳体为铸铁结构，其防护等级只能达到IP43，壳体容易进水，采用腊式式变压器会因进水造成绝缘不良，因此采由了干式变压器。通过第1项改进后，壳体防护等级提高到IP55以上后，没有了进水的情况，可以将原来的干式变压器改为腊式变压器。腊式变压器有较好的散热特性和贮能特性，在相同发热量的情况下，将干式变压器改为腊式变压器，能减小体积。
3、提高变压器的绝缘等级
目前的扼流变压器绝缘等级为B级绝缘，其最高耐热温度为130℃，允许的温升为70K。在此条件下，变压器可以长期运行，且不会破坏绝缘材料的特性。随着绝缘材料的发展，目前最高级别的绝缘等级已经达到了C级，其最高耐热温度为220℃，允许的温升为160K。我们根据绝缘材料的普及度及价格因素，将扼流变压器的绝缘等级确定为H级，其最高耐热温度为180℃，允许的温升为110K。在发热量相同的情况下，由于H级的绝缘等级能承受更高的温度，所以提高变压器的绝缘等级，能减小变压器的体积和重量。
4、提高牵引线圈导线的电流密度和长宽比
目前的扼流变压器受铸铁外壳散热性能差、绝缘等级低的影响，牵引线圈的电流密度为2.8A/mm2，大于此电流密度后，变压器的温升就超出规定的范围，通过上述第1、2、3项的改进措施后，我们将牵引线圈的电流流度提高到4.5A/mm2，牵引线圈的铜线截面积降低，牵引线圈的体积随之降低。同时把牵引线圈导线的长宽比由现在的3：1提高到4：1，整个牵引线圈的高底能比之前的牵引线圈降低20%左右。
5、降低铁芯窗口高度
通过第4项的改进后，牵引线圈的体积和高度都有下降，与之相配套使用的铁芯规格也能降低。
6、取消引出螺栓，由牵引线圈直接引出端子
目前的扼流变压器牵引线圈通过引出螺栓和钢轨连接，中间接触电阻较大，且容易接触不良，在通牵引电流时，会在连接处产生较大的热量。我们通过第4项的扩大牵引线圈导线的长宽比后，可以在导线上直接钻孔，然后与钢轨相连，减少了一个连接的环节，且接触面较大，能降低发热量。
综上所述：改变壳体材料能使外形美观、重量减轻、利于散热、且提高防护等级后能将干式变压器改为腊式变压器，提高了变压器的贮能量，提高扼流变压器的绝缘等级后、就提高了变压器的耐热等级，为牵引线圈导线、铁芯窗口高度和引出方式的改变创造了条件。
四、扼流变压器小型化的应用及风险
通过以上措施，我们为北京和利集系统工程有限公司生产的伊朗地铁用扼流变压器得到了用户的认可，实现了性能可靠、外形美观、体积小、重量轻的要求，达到国际先进水平。
扼流变压器小型化后，整个变压器都有了较大的变化，每种型号的产品必须先经过严格的计算再去实施，样机须经型式试验验证，以保证我们的设计是充分和适宜的。同时，做为关键部件的牵引线圈，对形状和绝缘的要求都提出更高的要求，在实际的运作过程中，企业需要通过完善艺水平与制度，加强教育和宣传不断的提升人员素质。
参考文献：
[1]TB/T3025 BE系列扼流变压器技术条件.
[1]安海君 25Hz轨道电路（第三版）北京2006，中国铁道出版社
论文作者:李国文
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/16
标签：线圈论文; 壳体论文; 变压器论文; 等级论文; 电流论文; 铸铁论文; 体积论文; 《基层建设》2017年第18期论文;