SS4改型电力机车TXP7型平波电抗器故障的分析和改进

2016-06-27李霞

轨道交通装备与技术 2016年4期

关键词：铜排电力机车电抗器

李霞

(郑州铁路局洛阳机务段河南洛阳 471002)

SS4改型电力机车TXP7型平波电抗器故障的分析和改进

李霞

(郑州铁路局洛阳机务段河南洛阳 471002)

对洛阳机务段SS4改型电力机车TXP7型平波电抗器运用中出现的2起故障进行了详细调查，分析了故障原因，同时提出了相应的改进措施。

SS4改型电力机车；平波电抗器；原因分析；改进建议

1 TXP7型平波电抗器简介

SS4改型电力机车是交-直传动的相控机车，因牵引电机自身的电感不足改善牵引电机换向，为将电流滤平到所允许的脉动范围，在牵引电机电路中串接了TXP7型平波电抗器。该平波电抗器为铁芯电抗器，电抗参数的设计与SS4改型电力机车主电路参数相匹配，4组电感线圈共铁芯布置，自上而下按C4Y4、C2Y2、C3Y3、C1Y1顺序排列，两铁芯柱上对应位置的线圈并联，4组电感线圈与4个牵引电机绕组串联，电抗器的引线均采用铜排结构，从电抗器器身两侧出线。该平波电抗器为油浸式电抗器，与机车主变压器共用一个油箱，依靠同一个散热器进行强油循环冷却[1]。

2015年，洛阳机务段配属的SS4改型电力机车出现2起TXP7型平波电抗器故障，分别是2015年1月21日SS40420号机车B节平波电抗器绕组接地故障和2015年10月19日SS46117号机车A节平波电抗器绕组出线铜排烧损故障，针对这2起故障，进行了解体跟踪，查出了故障的根本原因并进行了修复。

2 绕组接地故障的调查和原因分析

2.1 故障调查

SS40420号机车主变压器2008年10月大修出厂，到2015年1月21日共走行87.5万km，运行中油色谱分析数据一直正常，但机车出现主回路接地故障，回段后检查发现B节平波电抗器C4Y4绕组接地，经与大修厂协调，将主变压器落车后返厂进行吊芯检查。2月2日，将该主变压器解体，检查后发现：(1)平波电抗器铁芯上、下铁轭固定拉杆座开焊并与拉杆一起脱落(见图1)；(2)拉杆脱落后与C4Y4绕组接触致绝缘层破损放电(见图2)。

图1 平波电抗器铁芯上下铁轭固定拉杆座开焊脱落

图2 平波电抗器绕组线圈外绝缘破损

2.2 原因分析

SS4改型电力机车平波电抗器的连接螺栓松动问题在机车运用的前期已经有反馈，SS40374号机车曾经出现过一起因螺栓松动引起的接地故障，但焊接部位的问题在洛阳机务段还比较少见。

平波电抗器上、下铁轭为焊接结构，且焊接部位均在横梁内侧。通过焊接于上、下铁轭的拉杆座紧固拉杆，由拉杆压紧平波电抗器的铁芯和线圈绕组。

该起平波电抗器故障，应该是焊接部位本身的焊接缺陷导致。平波电抗器在运行过程中，受到外部机械振动和自身的电磁振动，由于拉杆的固定螺栓在出现问题后采取了锁固防松措施，经过长时间运行后拉杆螺栓并无松动，而拉杆座受力较大的焊接部位产生裂纹，最后导致平波电抗器上、下铁轭固定拉杆座开焊并与拉杆一起脱落，机车运行时的振动使脱落的拉杆座与C4Y4绕组线圈碰磨，线圈绝缘被磨破损后对拉杆座放电，造成C4Y4绕组接地。

3 绕组引线烧损故障的调查和原因分析

3.1 故障调查

SS46117号机车主变压器2015年4月大修出厂，至2015年10月19日共走行95 056km，经变压器油色谱分析发现数据异常，如表1所示。

表1 SS46117号机车主变压器油色谱分析数据单位：μl/l

注：年鉴为机车年度鉴定，0-1为机车的第1次辅修，1-0为机车的第1次小修。

判断变压器故障时，C2H2的含量是区分过热和放电2种故障的主要指标。根据经验，故障在导电回路时往往C2H2的含量较高，C2H4和C2H6的比值较高，而磁路故障一般没有C2H2或者含量很低(一般占氢烃总量的2%以下)，且C2H4和C2H6的比值较小，绝大多数情况下比值为6以下。

对该变压器进行检测，C2H2占总烃总量的48%，H2占氢烃总量的31.3%，根据《变压器油及相关故障诊断处理技术》，当C2H2占总烃总量的18%～65%，H2占氢烃总量的27%以上时，可以直接判断为典型的电弧放电，H2的产生是放电分解的特征气体[2]。此处可推测为绕组击穿、层间短路、绕组接头接触不良等引起的电弧放电。根据从日本借鉴的经验计算公式，变压器放电故障源的热点温度为：

T=322×lgX+525

式中：X为C2H4与C2H6的含量比，此处为429/14。经计算，T=1 003.6 ℃。

如此高的故障点温度在洛阳机务段变压器油色谱分析的历史上尚未见到过。为进一步精确预测故障点的位置，对变压器和平波电抗器绕组的绝缘和冷态电阻值进行了全面测量，绝缘正常，但C2Y2绕组的冷态电阻值出现了异常，如表2所示。

表2 SS46117号机车主变压器和平波电抗器绕组的直流电阻值 (允差：±5%)

从测量数据可以看出C2Y2绕组的冷态电阻值超过标准值的48.03%，结合油色谱分析结果，初步判断为C2Y2绕组击穿、层间短路、引线接头接触不良等引起的电弧放电。

3.2 吊芯检查

2015年10月26日，在大修厂对SS46117号机车平波电抗器进行了吊芯检查，发现平波电抗器中对应C2Y2绕组线圈的引出扁铜线对铜排放电烧损，目视并排引出的6根并联扁铜线烧断3根(见图3)。

图3 平波电抗器绕组线圈引出扁铜线烧损放电

3.3 原因分析

该平波电抗器绕组引出线的烧损是因为引线与铜排焊接后，与另一根铜排间的绝缘距离为零造成的。铜排通过胶木螺母和胶木螺杆固定在绝缘支持件上，该型机车改用3240型环氧玻璃布板，绝缘支持件通过两端的钢螺栓固定在上、下夹件的钢支持件上。在引线引出位置，2个引线铜排相距较近，所以除了引线须与铜排间保持规定的绝缘距离外，铜排外面应该有一层绝缘纸板用于绝缘，以免放电。

SS46117号机车平波电抗器引出的6根并联扁铜线与铜排焊接良好，但与相邻铜排间直接碰磨，没有绝缘距离，同时相邻铜排外面的绝缘纸板位置太靠近上方，无法隔开扁铜线和铜排，在平波电抗器运行的过程中，电磁力和机械力引起的摩擦使绝缘层破损，最后导致绕组对铜排放电。烧断的并联扁铜线的数量占总数量的一半，与所测电阻值吻合。故障发生的根本原因是组装人员安装绝缘纸板时未认真思考绝缘纸板的用途，安装位置靠上方，同时未注意保持并联扁铜线与相邻铜排间的绝缘距离。