電壓互感器在機車運用中的故障切除方案探討

江利國,李 華

(1 湖南鐵路科技職業技術學院,湖南株洲412000;2 廣州鐵路集團公司 株洲機務段,湖南株洲412004)

株洲機務段配屬的電力機車均采用 TBY1—25/100型電壓互感器,在近幾年的運用中,已發生多次因內部短路或其他原因造成互感器爆炸,引起車頂高壓電氣設備接地,導致機車發生機破,甚至燒斷接觸網,嚴重威脅運輸安全。因此,對故障電壓互感器進行適時切除,有效防止因互感器爆炸引起的機破故障,就成了一個亟待解決的課題。

1 結構與性能參數

TBY1—25/100型電壓互感器用于監測電力機車行駛過程中接觸網的電壓,為油浸式結構,主要由線圈組、鐵芯、油箱、瓷套、出線裝置等部分組成。高壓一次側A端在油箱內經絕緣件架空絕緣后由套管引出,通過車頂高壓金屬軟編線接25 kV高壓。低壓二次線圈出頭a1、x1及高壓一次線圈X端子、接地屏出線端子經0.2 kV套管引出。二次線圈輸出100 V電壓信號送入司機室網壓表,接觸網電壓便可從司機室網壓表上反映(電路如圖1所示)。

高壓電壓互感器主要技術參數為:額定一次電壓25 kV;額定二次電壓100 V;額定負荷20 VA;準確級0.5級;單相、油浸自冷[1]。

2 改進措施

2.1 原因分析

電壓互感器發生爆炸后,其內部線圈在一般情況下會直接接地,從而造成機車車頂設備接地,引起牽引變電所過流保護動作,而乘務員無法采取措施對故障互感器進行切除,只能降弓請求救援。

2.2 設計思路

當互感器發生爆炸后,在低壓二次線圈可通過單級自動開關QA來切除,如果能切除高壓一次側,就可以將互感器從電路中完全切除,維持機車的正常運用。

圖1 電壓互感器TV電路原理圖

互感器的高壓一次側A端通過高壓金屬軟編線與車頂母線連接,如果互感器發生接地短路故障,能切除該編織線就可以將故障互感器隔離,但該編織線可耐高壓、大電流,當互感器發生短路產生大電流時不能自行熔斷。通過分析,把解決思路放在高壓金屬軟編線的改造上。

2.3 改造方案

2.3.1 高壓連接線選材

設電壓互感器一次邊輸入功率為 P1,電壓為U1,電流為I1;P1=20 VA,U1=25 000 V,可算出 I1=0.04 A。可見正常狀態下車頂電壓互感器雖承受25 kV大電壓,但通過電流很小,AB段最大通過電流大小約為0.04 A。φ 1.13 mm的明銅線通常情況下能承受17 A電流[2],所以φ 1 mm的銅線通常情況下能承受的最大電流小于17 A遠大于0.04 A,故使用直徑為φ 1 mm的明銅線可行,且可靠性強。

2.3.2 明銅線安裝位置

用直徑φ 1 mm的銅線代替高壓金屬軟編線,將銅線分別安裝在兩根銅排上,組成的接線裝置代替原有的AB段軟編線,兩銅排分別接在A點及B點(安裝位置如圖2所示)。

圖2 用銅線代替高壓金屬軟編線的安裝位置圖

2.3.3 銅排尺寸設計

銅排尺寸:160 mm×25 mm×5 mm,銅排一端打直徑 φ 14 mm 孔2個,另一端打直徑 φ 5 mm 孔1個(如圖3所示)。

尺寸設計依據:

(1)銅排尺寸選擇160 mm×25 mm×5 mm是根據原有AB段軟編線所壓線耳尺寸及現場測量、試驗而定。

圖3 銅排尺寸示意圖

(2)銅排兩端打孔的尺寸根據 A、B兩點原有連接孔的尺寸而定,目的為充分利用原有結構,用直徑φ10 mm的螺栓將直徑φ 14 mm的孔連接在 A或B點上,用直徑φ 4 mm的螺栓將細銅線連接在直徑φ 5 mm的C和D兩孔之間。

2.3.4 銅排間隙設計

兩銅排裝車后,必須保證兩銅排間隙(CD間)在130—150 mm之間。在均勻電場中介電強度Eb在很寬的氣壓和電極間隙范圍內的擊穿電壓服從巴申定律[3]。常態下氣體Eb約為3 MV/m,起始電暈場強為2.3 MV/m。在不均勻電場下,氣體Eb下降,起始電暈場強僅為0.4 MV/m左右。取Eb=0.4 MV/m,Ub=25 kV,則得d=62.5 mm,即取CD大于62.5 mm屬安全區域,所以經過現場測量、試驗,取CD間距為130—150 mm較為合適,能避免距離太近而造成兩銅排間高壓放電。

3 結束語

在不影響電壓互感器正常工作的前提下,通過技術改造,解決了由于互感器爆炸引起的車頂接地故障難題。當電壓互感器爆炸時AB段間可自行熔斷,從而將故障電壓互感器和高壓側隔離開,機車仍能升弓受電,維持運行。

[1] 劉友梅.韶山6B型電力機車[M].北京:中國鐵道出版社,2003.

[2] 潘旺林,等.水電工實用技術手冊[M].江蘇:江蘇科學技術出版社,2008.

[3] 曾正明.電工材料速查手冊[M].北京:機械工業出版社,2008.