刘明辉

摘 要：本文介绍牵引变压器的主要运用保护方式，对各种保护元件的原理及结构进行简单介，并对各种保护信号及可能的故障原因进行分析，并提出相应的处理方案。这些保护信号，有的反应的是故障现象，有的反应的是故障隐患。通过对各种保护机理的把握，可以尽早的发现故障隐患和故障现象，并针对性的采取适当的措施，避免故障的扩大，以降低损失。

关键词：牵引变压器 保护 故障分析

中图分类号：U264.7

机车牵引变压器是电力机车上的一个重要部件。无论是直流传动还是交流传动电力机车，都需要将来自接触网上的25kV高压电降压转换，以便于电传动系统中的其他部件使用，最后通过牵引电机实现电力牵引。牵引变压器安全可靠运行是保证电力机车正常运行的基础。为保证牵引变压器的稳定运行，电力机车设置了多种保护方式，在变压器上以及电气回路上设置了多项保护元件，利用机车控制系统进行安全保护。

1.牵引变压器的保护方式

牵引变压器的主要保护方式有过励磁、过流、瓦斯保护、差动保护、接地保护、压力保护、高温保护等。

1.1.过压保护。牵引变压器直接输入网压，如果网压过高，超过变压器的最高允许电压，将会对变压器造成损坏。在机车上配置了电压互感器，用于檢测网侧电压。电压互感器的二次侧通过仪表接入机车控制系统，当机车控制系统检测到网压高于一定的安全值时，会自动报警并切断与供电网的连接。

1.2.过流保护。牵引变压器一般都是高阻抗的变压器，有较强的抗负载短路能力。但是电流过大，会对变压器造成绝缘损坏，并且引起过流的原因也可能是变压器本身的故障。变压器的高压侧和低压侧，均配置了电流互感器，机车控制系统实时监测各回路电流，以实现对变压器以及主电路上主要部件的运用情况进行监控。

1.3.差动保护。变压器差动保护作为变压器的主保护，能反应变压器内部短路、高压侧接地短路及匝间短路故障。差动保护是输入被保护元件两端CT电流矢量差，当两端CT电流矢量差达到设定的动作值时，启动动作元件。差动保护是保护两端电流互感器之间的设备故障，正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同。当发生故障时，在保护段内，两端差动电流大于零。

1.4.瓦斯保护。瓦斯保护的构成：在HXD1、HXD1B、HXD3B等型号电力机车的牵引变压器上安装了布赫继电器（即瓦斯继电器），它安装在变压器油箱与储油柜的连接管道上。布赫继电器的结构见图10一2。BG 25 S型双浮球布赫继电器对牵引变压器内部的绝缘油变化非常敏感。它能有效反应牵引变压器尤为下降、漏油异常，也能反应绝缘击穿、局部发热或放电等故障引起的绝缘油异常情况并产生保护动作。

瓦斯气体报警原理：当牵引变压器内出现局部过过热或放电时，引起绝缘油或绝缘固体逐渐分解产生气体，气体逐渐积累，上升到布赫继电器内，导致布赫继电器内部液位下降，浮球位置下降，当气体体积达到一定的量时（气体量达到200cm3～300cm3），浮球位置变化触动微动开关，发出警告信号。

低液位报警原理：在正常工作状态下，布赫继电器内充满了变压器绝缘油。在浮力的作用下，浮球处在最高位置。当变压器油量不足，储油柜内已经没有变压器油，液位低至布赫继电器浮球液位以下时，布赫继电器内的浮球位置下降，浮球位置变化触动微动开关，发出警告信号。

流量报警原理：机车在运行中，如果牵引变压器内部由于高能量放电产生快速甚至强烈的分解气体，由此产生的压力波引起变压器油流向储油柜的强力涌流，冲击挡板。当流速超过整定值时，挡板翻转触动浮球，微动开关动作向机车控制系统发送开关信号，使得机车主断路器在最短的时间内断开，从而避免故障进一步扩大。

1.5.温度保护。牵引变压器冷却系统的正常工作，是保证牵引变压器工作在安全温度下的保证。变压器在运行中，如果发成长时间过载，或冷却系统工作不正常，都会导致变压器温升过高。在牵引变压器的冷却回路中安装油流继电器可以实时监测变压器的冷却系统是否正常工作；在变压器油的最热点安装温度传感器或温度计实时监控变压器的温度状态。这些信号接入机车控制系统，系统可以及时根据标定值做出信号判断并采取适当的措施保证系统安全。例如：HXD1型机车牵引变压器油温超过85℃时，牵引逆变器开始线性降低功率；当油温达到90℃时，功率降低到额定功率的70%；在油温超过90℃后，牵引逆变器被锁止；当油温超过95℃时，系统自动分断主断路器。

1.6.压力保护。无论是变压器内部故障还是管路故障导致的变压器内部压力增加，多变压器的运行都是极端危险的。所以几乎所有的变压器都设置了压力释放阀，以释放变压器内瞬间或缓慢变化导致的压力过高。压力释放阀上配置有微动开关，当因变压器压力过高而发生释放动作时，微动开关动作，向机车控制系统发送信号，以快速断开机车主断路器，避免事故的扩大。

2.牵引变压器故障诊断

2.1.压力释放阀故障。产生压力释放阀故障的原因主要有：

压力释放阀失效：压力释放阀本身的微动开关失效，造成故障。当压力释放阀报故障时，需要查看压力释放阀是否有释放动作及喷出变压器油，没有变压器油喷出，则可基本判定为开关失效，需要对开关进一步检查排除故障。

变压器油回路故障：这种故障一般会在故障信号发生时伴有变压器油喷出。变压器与储油柜之间的连接如果不畅通，则在变压器运行时，随着油温度的上升，油箱内压力增高到一定程度时，可以导致压力释放阀动作，释放压力。

变压器内部绝缘击穿：如果变压器内部发生绕组之间高电压击穿或绕组对地等绝缘击穿时，会产生瞬间的高温高压，并释放大量气体。由于变压器与储油柜连接的管路无法瞬间释放压力，则会导致压力释放阀动作释放压力。此种情况一般会伴随较大的放电声音、过流、变压器油喷出等现象，对变压器油取样进行色谱分析一般会气体含量超标，三比值法判断结果会显示高能量放电等结果。

2.2.布赫继电器故障（瓦斯保护）。根据布赫继电器的结构及原理，报警原因主要有：冷却系统组装后空气未排净、变压器内部绝缘故障击穿、油泵故障烧损导致变压器油裂解。

瓦斯保护对变压器的故障情况比较灵敏，因此，在布赫继电器报警后，都要立即确认是否有其他异常情况发生，如是否有过流、压力释放阀动作、变压器差动保护等异常，如果没有其他伴随现象，则可确认是否为布赫继电器本身故障。无论何种情况，都需要对变压器进行取油样检测，通过色谱分析，利用三比值法判断变压器油是否异常。对于含气速率超出标准值的需要尽快对变压器进行解体检查。

2.3.差动保护。根据基尔霍夫第一定律， ；变压器在正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗级其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护中的两个电流相等。当变压器内部故障时，若平衡除去流入流出的负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流。例如：当变压器发生高压绕组接地故障、在T型头和高压A端子故障等情况时，两端电流互感器的电流值会出现偏差

3.总结

本文介绍了牵引变压器的多项保护系统，并针对各种保护信号，提出了原因分析。根据在线运行的系列机车牵引变压器反馈的报警信息及后续对产品的故障处理情况看，大部分的故障发生在各保护元件以及外部配件上，有部分的报警信息则真实的反应了牵引变压器的本身故障。因此对于线上发生的故障报警信息，需要综合各保护信号的情况综合判断。对于纵差保护、瓦斯保护、压力保护等，必须立即现场检查，确认报警原因。在未确认是各传感元件本身故障而误报的情况下，不得对变压器进行送电运行，以避免故障的进一步扩大。