電力機車主變壓器次邊保護電路電阻過熱故障及改進設計

任 琳

（潞安集團鐵路運營公司，山西 長治 046031）

1 問題的提出

在SS4G 型電力機車當中，主變壓器是該型電力機車的心臟部件。該電力機車的主變壓器次邊設計安裝有RC 吸收電路，輸入電壓為變壓器次邊電壓，該RC 吸收電路主要作用是用于抑制操作過電壓和整流器換向過電壓。在機車正常運行當中，過電壓吸收回路可以利用電容吸收能量，從而產生大量熱能，該電阻安裝在功補柜內，由于機車功補柜結構和工作條件限制，無法及時將熱能散去，運行時間過長就會致使功補柜內的溫度過高，主變壓器中的線路和環氧玻璃布板等零部件在過熱狀態下容易加快老化，進而會導致主變壓器電阻接線過熱和燒損故障發生，影響SS4G 型電力機車的安全行車。

2018 年，山西某鐵路運輸公司SS4G 0622 機車在運行期間突然主斷跳開，司機確認弓網正常后，重新閉合主斷給流，當電流達到600 A 時，主斷再次跳開，“主接地”燈亮。機械間檢查發現A 節功補柜室內有電阻燒損。次日對該機車進行3 次小修，檢查發現A 節功補柜內電阻也有嚴重過熱現象。針對此類問題，探索采用增大功補柜電阻散熱空間、增加隔熱材料的方法，防止功補柜過熱、燒損故障。

2 機車產生過電壓的主要原因

SS4G型電力機車的過電壓主要包括雷擊過電壓、過分相后電網相序變化過電壓、操作過電壓等[1-2]。對以上幾種產生過電壓的規律總結發現其回路電量參數會發生突變。SS4G 型電力機車其實是一種高頻設備過電壓，雷電波會沿接觸網傳入機車電路當中，其過電壓最大峰值電壓為175 kV。在運行過程中以上過電壓的產生就會造成SS4G 型電力機車PFC 開關柜牽引繞阻過壓吸收電阻頻繁燒損的主要原因。

SS4G 型電力機車PFC 開關柜布置密集，其布置空間的有限，在電力機車進行全面檢修時PFC 開關柜的故障電阻很難進行有效的檢修和更換。同時因為該SS4G 型電力機車在運行過程中過電壓吸收電阻導致的持續發熱會不斷對PFC 開關柜內的線簇烘烤。其結果是塑料蛇形管及相應電纜絕緣層烤熔引發電路短路故障。

3 過電壓吸收電阻原理與作用

過電壓吸收電阻與吸收電容串聯后組成阻容保護電路，分別并聯在主變壓器4 個牽引繞組上，用以限制或吸收大氣過電壓、電網變化過電壓、操作過電壓、整流器換向過電壓等。它是利用電容能夠吸收能量、電容兩端電壓不能突變以及電阻能夠消耗能量的特性進行工作的，其原理圖如圖1 所示[3-4]。

圖1 過電壓吸收電阻原理示意圖

SS4G 型機車主變壓器四個牽引繞組過電壓吸收電阻（73R、74R、83R、84R）采用RXG800A，6.2 Ω，800 W 兩根電阻并聯的形式分別安裝于開關柜后，其布置如下頁圖2 所示。

4 過電壓吸收電阻的改進措施

機電過電壓吸收電阻燒損會嚴重影響機車的運行安全，必須進行有效改造。針對SS4G 機車主變壓器的實況，設計了如下改進方案。將同步主變壓器進行移位改造、設計并制造同步主變壓器安裝支架及安裝底板。安裝支架使用的是30 mm×5 mm 的角鐵，尺寸如圖3 所示；安裝底板采用10 mm 厚環養玻璃布板，示意圖如圖4 所示。

圖2 布置示意圖

圖3 安裝支架尺寸示意圖（單位：mm）

圖4 安裝底板示意圖（單位：mm）

同時還必須做好過電壓吸收電阻的運用保養作業，主要包括以下幾點：設計增加絕緣隔離板，安裝在過電壓吸收電阻、功補放電電阻和同步變壓器之間；對機車的濾塵網進行定期和不定期檢查，并及時清洗濾塵網保障其通風良好；對電壓吸收電容進行及時檢查及維修更換；定期檢查電阻連接導線是否有斷股、電阻是否過熱變色，螺栓是否松動現象，定期清掃電阻表面灰塵，防止爬電現象以及改善電阻散熱條件。

5 解決負載電阻過熱問題

對SS4G 機車局部安裝和布線結構檢查發現，其安裝和布線的不合理是造成散熱不良、局部過熱和絕緣破壞的主要原因。針對這一情況，采取以下措施能有效解決負載電阻過熱問題。

1）針對環氧玻璃布板容易燒損的問題，采用瓷絕緣子進行代替，同時在設計時瓷絕緣子支撐增高25 mm，可以有效解決因過熱導致的環氧玻璃布板燒損問題。

2）引出線進行調整，將以往的2.5 m2調整為6 mm2高壓聚稀烴電纜，該改進措施可以有效解決接頭與電阻引出銅排接觸面小、引發導線和接頭發熱[5-6]。

3）采用螺栓安裝進行固定，在安裝鐵板上鉆孔。改造后PFC 柜布局圖如圖5 所示。改進后的RC 電路電阻的散熱情況得到了大幅度改善，在近2 a 的使用過程當中，因電阻過熱燒損問題而產生的故障降低了95%，有效提高了設備運行的安全性。

圖5 改造后PFC 柜布局圖

6 結語

電力機車主變壓器次邊保護電路電阻過熱故障的改進方案，既無需對PFC 柜進行大的改造，又能解決RC 電路電阻過熱燒損的問題，實用性較好。盡管該改造設計增加了部分材料成本費用，但相對比改造前因電阻發熱導致的主變壓器故障損失來講，安全經濟效益非常明顯。

采用該改進設計方案對山西某鐵路運輸公司前期接入的4 臺SS4G 機車進行了改造，從2018 年5月起對改造后的機車功補柜的質量情況進行跟蹤觀察，改造后功補柜已無過熱燒損現象發生及相應故障產生，有效提高了機車主變壓器各部件的使用壽命，提高了機車的運行安全。