牽引變壓器絕緣故障研究

摘要：現如今，國家對鐵路建設的重視度不斷提高，在該領域加大了投入力度，中國鐵路走出了發展的低迷時期。為了避免高速重載鐵路的運營受到不利影響，社會各界更加注重牽引供電系統的性能。牽引變壓器是牽引供電系統中不可分割的一部分，承擔著變電的責任。降低牽引變壓器絕緣故障的發生率具有積極意義。本文首先闡述了牽引變壓器的運行特點，其次介紹了牽引變壓器絕緣性能要求，最后分析了牽引變壓器絕緣故障。

關鍵詞：牽引變壓器;絕緣故障

長期以來，電氣化鐵路在諸多領域受到了廣泛關注，其對牽引供電系統的要求也日益提高。在牽引供電系統中，牽引變壓器發揮著至關重要的作用，不僅能夠對電壓等級進行變換，還能實現輸送電能的目的，倘若牽引變壓器的工作狀態較為理想，那么牽引供電系統的運行也會更加順利;反之，牽引供電系統的運行將受到不利影響。因此，在電氣化鐵路迅速發展的背景下，牽引供電系統應不斷提高自身的安全性及可靠性，為列車的順利運行提供良好保障。

1牽引變壓器的運行特點

1.1沖擊性

對于電動機車的起動問題，瞬間所需的電流通常會保持在較高狀態，大約為600安培。而高速列車與重載牽引車的起動電流往往在600安培以上[1]。在此情形下，牽引變壓器的負荷是沒有預兆的，表現出明顯的突然性，在電流曲線中相當于陡變的一種。

1.2非線性

牽引供電系統諧波具有豐富性的特點，與多種設備均存在緊密聯系，而電力機車是這些設備的重中之重。目前整流型機車在電力機車中占據很大比例，即用于牽引電機的直流電是經交流電全波整流得到[2]，在正常運行的過程中，牽引電流的波形通常不會出現明顯波動，存在于方波和三角波之間，可見，諧波成分存在其中。倘若想準確了解到存在于這類諧波源的諧波電流，那么可以通過設備的電路結構來實現，還可以通過供電電壓波形等完成。另一類為含有電弧和鐵磁非線性設備的諧波源[3]，這類諧波的出現原因十分繁瑣，還未體現出統一的計算方式。

2牽引變壓器絕緣性能要求

2.1電氣性能要求

隨著不斷的運行，變壓器不僅要受到最大工作電壓的干擾，還要應對多種過電壓，并且過電壓的影響極為關鍵，是決定變壓器絕緣水平高低的參考重點。

2.2機械性能要求

當電流與變壓器繞組產生聯系時，電動力將會出現于繞組導體中，此時對變壓器提出一定要求，要求其能夠在機械應力的作用下順利運行。從運行過程的角度來看，必然會受到電網短路的影響，從而耐受著相應的電流沖擊。一旦遇到外部故障短路，引線、繞組中的電流將出現明顯改變，即高于額定電流，由于電動力與短路電流的二次方為正相關，因此無論是鐵芯、繞組，還是油箱、引線，都會面臨著較大的電動機械力。面對如此情形，變壓器出現引線、繞組位移的概率較大，導致絕緣損傷的狀況出現。

3牽引變壓器絕緣故障

牽引變壓器不僅承擔著變換著電壓等級的責任，而且需要給與電力機車一定能量，目前已建成或者在建的牽引變電所一次側電壓為220kV，對于較老的牽引變電，其應用了110kV的牽引變壓器。電能如果想順利通過牽引變壓器，那么需通過高壓套管、高壓繞組、低壓繞組來完成。從電能傳遞通道的角度來看，牽引變壓器會因為多種因素的干擾而出現種種故障，包括牽引變壓器本體構件的生產、焊接原因，繞組位置與固定的不合理造成漏磁路徑經過金屬器件產生過熱現象[4]，如果絕緣材料未保持原有的穩定性，且呈現自然劣化的狀態，那么將會導致絕緣擊穿的狀況出現，進而發生短路故障，在運行的整個階段里，可能出現繞組變形的現象，或者出現過電壓沖等現象，從而加大了故障出現的概率。變壓器故障所發生的位置通常體現在兩點：其一為內部故障;其二為外部故障。前者指的是郵箱內出現的種種故障;后者指的是變壓器油箱外部絕緣套管及其引出線上發生的各種故障[5]。

對這些故障進行分類的過程中，通常以絕緣本身的內涵為主要出發點。絕緣主要將不導電的物質作為主要工具，避免電體呈現聚集狀態，使其能夠包裹起來，從而最大程度上防止觸電。良好的絕緣具有至關重要的作用，能夠避免電器設備與線路在運行的過程中較為艱難，確保其保持在正常狀態，為人身觸電事故的降低提供有效幫助。隨著運行過程的不斷推進，變壓器的絕緣也不會始終保持穩定性，性能也會呈現老化的趨勢，但其化學、電氣、機械性能依舊能夠保持較強的穩定性，并不會出現故障。一旦發生異常情況，絕緣的老化速度將不斷加快，如果是變壓器油，那么油質將會越來越差;如果是絕緣紙，那么其聚合度將越來越弱，變壓器絕緣狀況也不夠理想，當高壓場強遠遠超于電氣強度，將會出現擊穿。從外部絕緣的角度來看，由于牽引變壓器的運行會處在多種天氣條件下，特別是揚塵及風沙天氣，對絕緣閃絡帶來不利影響。并且，由于套管的設計缺乏科學性，再加上制造工業的影響，有很大概率會出現局部放電，不斷侵蝕套管原本的穩定性，對絕緣原本的作用帶來明顯制約。

結論

綜上所述，在高速鐵路迅速發展的21世紀，諸多領域對牽引供電系統的重視度不斷提高，對其實施檢修工作具有重要意義。在今后的發展中，該領域應不斷分析牽引變壓器絕緣故障，找出存在的不足之處，及時采取合理且有效的措施將其解決，避免在運行的過程中受到多重阻礙，為絕緣故障的排除奠定基礎。

參考文獻

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[2]金貴陽，楊克己，戴永軍，馬尚行.智能配電變壓器的串變調壓和基于漏磁的絕緣故障檢測技術[J].電力系統保護與控制，2017，45（05）：103-108.

[3]龍英凱，王謙，李勇，李龍，毛磊.基于拉曼光譜的電力變壓器絕緣故障自動定位系統設計[J].自動化與儀器儀表，2020（01）：105-108.

[4]李浩，王福忠，王銳.變壓器絕緣故障類型的改進型RBF神經網絡識別算法[J].電源學報，2018，16（05）：167-173.

[5]李帥兵. 基于大數據分析的牽引變壓器絕緣老化特征提取與狀態診斷研究[D].西南交通大學，2018.

作者簡介：司全龍（1987-02-18），男，漢族，山東菏澤人，本科學歷，湖南高速鐵路職業技術學院，講師，研究方向，電氣工程