和諧機(jī)車過電壓保護(hù)裝置故障的原因分析及防范措施

盛 斌

(廣州鐵路(集團(tuán))公司 株洲機(jī)務(wù)段， 湖南株洲 412004)

和諧機(jī)車過電壓保護(hù)裝置故障的原因分析及防范措施

盛 斌

(廣州鐵路(集團(tuán))公司 株洲機(jī)務(wù)段， 湖南株洲 412004)

針對(duì)和諧型機(jī)車過電壓保護(hù)裝置的故障情況進(jìn)行分析，查找故障原因并提出對(duì)應(yīng)的防范措施，從而使故障得到有效控制。

過電壓； 保護(hù)； 故障； 分析； 措施

2009年11月和諧型機(jī)車在株洲機(jī)務(wù)段配屬并投入運(yùn)用，截止到目前為止，機(jī)務(wù)段配屬的HXD1C和HXD1機(jī)車達(dá)240臺(tái)，主要擔(dān)當(dāng)京廣線株洲—江村、滬昆線株洲北—貴陽南區(qū)段的貨物列車牽引任務(wù)。為使機(jī)車運(yùn)用中車內(nèi)電器免受過電壓的侵害，在電力機(jī)車車頂均裝有過電壓保護(hù)裝置—避雷器(部分機(jī)車出廠時(shí)還加裝了過電壓吸收裝置)。從近幾年的運(yùn)用情況看，和諧機(jī)車車頂避雷器炸裂的故障與既有SS6B和SS7C型機(jī)車相比明顯下降，但運(yùn)行中該故障仍有發(fā)生。運(yùn)行中一旦發(fā)生避雷器(或過電壓吸收裝置)燒損對(duì)地放電后，相當(dāng)于電網(wǎng)對(duì)地短路，會(huì)引起牽引變電所跳閘，接觸網(wǎng)停電，列車無法運(yùn)行，只能請(qǐng)求救援，嚴(yán)重影響線上正常的運(yùn)輸秩序。因此預(yù)防和減少避雷器故障對(duì)于鐵路運(yùn)輸安全具有重要意義。

1 裝置的作用及特性

1.1 避雷器

機(jī)車在運(yùn)行中，有可能承受來自外部雷擊高達(dá)幾十萬伏的大氣過電壓，同時(shí)也有來自機(jī)車內(nèi)部電器設(shè)備的操作(如主斷路器開閉等)引起的電壓沖擊造成的操作過電壓，為防止這些過電壓危及到機(jī)車電氣設(shè)備的安全，在主斷路器與高壓穿墻套管之間裝有過電壓保護(hù)用的復(fù)合外套無間隙金屬氧化鋅避雷器。目前機(jī)務(wù)段配屬的HXD1C和HXD1機(jī)車上裝的均是YH10WT-42/105型避雷器，其中2012年底新接的27臺(tái)HXD1C機(jī)車出廠時(shí)，是采用避雷器和KYT-27.5-84.3/800過電壓吸收裝置相結(jié)合的雙重保護(hù)模式。

氧化鋅避雷器由主體元件、接線端子、安裝卡子或絕緣底座構(gòu)成。主體元件內(nèi)裝有氧化鋅電阻片，內(nèi)部無間隙。主體元件外套采用憎水性硅橡膠制成，使氧化鋅避雷器體積小、質(zhì)量輕，并具有優(yōu)良的耐污性、防爆性。避雷器與被保護(hù)的電器并聯(lián)，在避雷器額定電壓和系統(tǒng)正常工作電壓下，氧化鋅電阻片呈現(xiàn)為高電阻狀態(tài)，使避雷器僅流過很小的泄漏電流，使系統(tǒng)與地絕緣。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)危害被保護(hù)設(shè)備絕緣的過電壓時(shí)，氧化鋅電阻片呈現(xiàn)低電組狀態(tài)，吸收一定的過電壓能量，過電壓被限制在允許值以下，從而對(duì)電氣設(shè)備提供可靠的保護(hù)。

1.2 過電壓吸收裝置

KYT-27.5-84.3/800過電壓吸收裝置與避雷器的作用類似，只是保護(hù)動(dòng)作電壓比避雷器小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)在避雷器的基礎(chǔ)上有改進(jìn)。避雷器只有氧化鋅閥片，該裝置內(nèi)部除了氧化鋅閥片外，串聯(lián)了電極(有放電間隙)、熔斷器，當(dāng)過電壓達(dá)55 kV時(shí)，電極放電間隙擊穿，有微量的漏電流流過，起保護(hù)作用，如果過電壓過高，最終將使裝置內(nèi)部熔斷器熔斷，裝置失去保護(hù)作用。

2 故障原因分析

2.1 裝置本身的質(zhì)量問題

2012年機(jī)務(wù)段新接27臺(tái)HXD1C機(jī)車運(yùn)行半年后，個(gè)別機(jī)車電壓吸收裝置上端部有過壓裂損現(xiàn)象，其中HXD1C-6294機(jī)車，在運(yùn)行中因過電壓吸收裝置炸裂，引起接觸網(wǎng)跳閘，列車被迫在區(qū)間停車請(qǐng)求救援。分析其故障原因是安裝不當(dāng)及產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題導(dǎo)致裝置頂部電極放電擊穿。

2.2 密封不良

一是在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，如避雷器閥片烘干不徹底，含水分。或者裝配時(shí)，避雷器的密封墊圈安放位置不當(dāng)。二是閥片受潮或進(jìn)水。YH10WT-42/105型避雷器生產(chǎn)時(shí)，是利用真空注膠技術(shù)，在避雷器內(nèi)部注入硅膠，能防止潮氣入浸，由于在生產(chǎn)過程中因質(zhì)量卡控不到位或是在產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)，受外力的影響，產(chǎn)品受損導(dǎo)致密封不良，由于閥片吸收能量發(fā)熱，當(dāng)閥片受潮氣浸入后，累積產(chǎn)生能量效應(yīng)，閥片容易擊穿。

2.3 異常過電壓

機(jī)務(wù)段和諧機(jī)車上安裝的YH10WT-42/105型避雷器正常工作電壓為31.5～33.6 kV，工頻耐受時(shí)間特性為：50.4 kV下耐受0.1s，48.3 kV下耐受1 s ，46.2 kV下耐受10 s ,42 kV下耐受1 200 s。該型號(hào)避雷器一般持續(xù)的正常工作電壓不宜超過33.6 kV，短時(shí)暫態(tài)過電壓達(dá)到46.2 kV以上后，避雷器的耐受時(shí)間最多也就在數(shù)秒之內(nèi)，這時(shí)避雷器就會(huì)損壞。

導(dǎo)致異常過電壓的原因有多種，除了大氣過電壓、操作過電壓外，諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成設(shè)備燒損。如變電站大容量、高電壓的變壓器由于合閘涌流的過程時(shí)間比較長，能夠延續(xù)數(shù)秒或更長時(shí)間，有時(shí)還會(huì)引起諧振過電壓，使避雷器的放電時(shí)間過長而受到損壞。

此外區(qū)間線路上運(yùn)行的電力機(jī)車再生制動(dòng)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)供電也會(huì)產(chǎn)生一定影響。如電力機(jī)車在運(yùn)行區(qū)間的負(fù)荷變化速度較快,幅度較為劇烈,在啟動(dòng)、緩行、制動(dòng)以及上下坡過程中,負(fù)荷相差比較大。制動(dòng)時(shí)會(huì)使得負(fù)荷的波動(dòng)更加劇烈,負(fù)荷變化更具有快速性和沖擊性。負(fù)荷的波動(dòng)會(huì)引起電壓的波動(dòng),波動(dòng)速度較快時(shí)則會(huì)導(dǎo)致電壓閃變?cè)龃?，影響供電質(zhì)量。

當(dāng)多種過電壓及諧波等幾種峰值疊加時(shí)，過電壓快速升高，因氧化鋅電阻片本身是一種阻容性元件，電壓越高，阻性成份就越大，當(dāng)電壓作用在電阻片上，電阻片在電應(yīng)力的作用下會(huì)發(fā)熱，當(dāng)發(fā)熱量超出了電阻片自身熱平衡狀態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱崩潰現(xiàn)象，這時(shí)電阻片會(huì)被擊穿，造成避雷器損壞。如機(jī)務(wù)段2013年10月12日 HXD1C-6050在株洲檢修庫內(nèi)檢查完畢，升弓合主斷后，車頂即出現(xiàn)放炮，入庫后上車頂檢查發(fā)現(xiàn)避雷器中部炸開，對(duì)地放電，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部元件無受潮痕跡，使用2 500 V搖表檢查避雷器內(nèi)部元件對(duì)地絕緣值為無窮大。分析造成避雷器炸的原因是過電壓所致。

3 防范措施

(1) 為吸取機(jī)車因車頂過電壓吸收裝置炸裂引發(fā)的機(jī)車故障教訓(xùn)，防止運(yùn)行中弓網(wǎng)故障的發(fā)生。在該故障發(fā)生后，機(jī)務(wù)段與廠方共同分析，決定對(duì)2012年11月新配屬機(jī)務(wù)段的27臺(tái)HXD1C機(jī)車過電壓吸收裝置進(jìn)行甩除，由避雷器對(duì)網(wǎng)側(cè)過電壓進(jìn)行保護(hù)。

(2) 為了防范避雷器密封不良，在使用前，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的密封性測(cè)試。安裝時(shí)要注意避雷器保持垂直，元件與中心線的偏差不大于元件整體高度的2%。確保避雷器的正常工作。另外，在避雷器運(yùn)行維護(hù)過程中，特別是在雷雨后，要加強(qiáng)對(duì)避雷器的巡視以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。

(3) 每次入庫整備時(shí)，注意檢查有機(jī)外套有無裂縫，判斷避雷器的密封性能有無缺陷。同時(shí)要注意避雷器的硅橡膠外套不宜經(jīng)常擦洗。

(4) 小輔修時(shí)加強(qiáng)避雷器的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，如2015年2月機(jī)務(wù)段新配屬的HXD1-1386機(jī)車在庫內(nèi)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)避雷器器身有松動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)進(jìn)行了換新。

(5) 因避雷器受潮時(shí)，光從外觀上看不出任何問題，只有通過檢查和測(cè)試，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才能發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的缺陷。所以在和諧機(jī)車做年檢修程時(shí)，我們將避雷器從機(jī)車上拆下，送廠做預(yù)防性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有參數(shù)不合格時(shí)，及時(shí)進(jìn)行更換。

4 結(jié)束語

近年來，機(jī)務(wù)段按以上措施加強(qiáng)對(duì)過電壓保護(hù)裝置的維護(hù)和保養(yǎng)，一旦發(fā)現(xiàn)裝置有故障隱患時(shí)及時(shí)更換，同時(shí)，供電部門也在不斷采取相應(yīng)的措施改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，抑制高次諧波的產(chǎn)生。2014年以來機(jī)務(wù)段和諧型電力機(jī)車在運(yùn)行中未再發(fā)生過電壓保護(hù)裝置炸損現(xiàn)象，確保了機(jī)車的運(yùn)用安全。

[1] HXD1C機(jī)車司機(jī)手冊(cè)[R].南車株洲電力機(jī)車有限公司，2009.

[2] HXD1C轉(zhuǎn)向架使用維護(hù)說明書[R].南車株洲電力機(jī)車有限公司，2009.

[3] HXD1機(jī)車檢修手冊(cè)[R].南車株洲電力機(jī)車有限公司，2012.

Cause Analysis and Preventive Measures of the Fault of the Over-voltage Protection Device for the HXDLocomotive

SHENGBin

(Zhuzhou Locomotive Depot, Guangzhou Railway (Group) Corporation, Zhuzhou 412004 Hunan, China)

The article analyzes the fault of the over-voltage protection device of the HXD locomotive，and the cause of the fault is found and improvement measures are proposed correspondingly，to ensure that the fault has been effectively controlled

over-voltage； protection； fault； analysis； measures

1008-7842 (2015) 06-0110-02

男，工程師(

2015-07-06)

U269.5

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.28