A Study of Internal Temperature Dependency in Norwegian Railway Transformers

Abstract

Trenden med økende trafikkbehov på infrastrukturen til den norske elektrifiserte jernbanen har ført til økte påkjenninger på de elektrotekniske systemene og deres tilhørende komponenter. Denne utviklingen har motivert en renessanse i jernbanesektoren med rekordhøye investeringer rettet mot å øke kapasiteten på den norske jernbanen. Siden det norske jernbanenettet opererer med en annen nominell spenning og frekvens enn distribusjonsnettet er det behov for energiomforming mellom de to. Omformingen gjennomføres ved bruk av frekvensomformere og spenningstransformatorer.

Denne masteroppgaven har som mål å evaluere forholdet mellom last og indre temperaturer i jernbanetransformatorer og de følgende konsekvensene av de relevante jernbanespesifikke påkjenningene. Videre undersøkes transformatorenes viktighet og rolle i jernbanens pålitelighet og sikkerhet. Den utforskende delen av denne oppgaven baserer seg på å samle og evaluere tilgjengelig data fra tre transformatorer installert i to ulike omformerstasjoner. Resultatene viser en definitiv avhengighet og påvirkning mellom den indre temperaturen i en jernbanetransformator og lasten den forsyner, samt en klart avhengighet til miljøet rundt.

The trend of increasing traffic load on the electrified railway infrastructure poses an increase of stresses affecting the electrotechnical systems and their components. This development has motivated a renaissance in the railway sector, with record-high governmental investments intended to increase the capacity of the Norwegian railways. Since the Norwegian electrical railway network operates at a different nominal voltage and frequency than the regional grid, energy conversion is required. This is managed by frequency converters and voltage transformers.

This master's thesis aims to evaluate the relationship between loading and the internal temperature of railway transformers and the consequences that the railway-specific stresses impose. Furthermore, the transformers' importance and role in the railways' reliability and security are investigated. The exploratory portion of this thesis is based on collecting and examining recorded data from three transformers installed in two different converter station arrangements. The findings find a definite dependency relation between the internal temperature of a railway transformer and the load it is exposed to, as well as its relation to its surroundings.