1、SS4型電力機車主變壓器的檢測分析及故障診斷學 院 名 稱：專 業 名 稱：年 級 班 別：姓 名：指 導 教 師：目 錄摘要31.SS4型電力機車主變壓器的特點以及組成31.1 SS4型電力機車主變壓器特點:31.2 SS4型電力機車主變壓器的組成42. SS4型電力機車主變壓器運行檢修概況及色譜分析檢測情況52.1 SS4型電力機車主變壓器運行檢修概況52.2 色譜分析檢測情況53 變壓器油箱內電器設備故障的診斷及處理檢查63.1 故障發展趨勢分析63.2 故障性質的診斷、處理及檢查64 結束語74.1 SS4型電力機車主變壓器油箱內電器故障診斷的特殊性及討論74.2 強化油中溶解氣體分析

2、（DGA）跟蹤檢測工作7參考文獻：8摘要主變壓器(又稱為牽引變壓器),是交-直流傳動電力機車中的重要電器設備,用來將接觸網上取得的單相工頻交流25KV高壓電降為機車各電路所需的電壓.主變壓器的工作原理與普通單相降壓電力變壓器基本相同,但由于其工作條件特殊,特別是為了滿足機車調壓,整流電路的特殊要求,故在主變壓器的設計及結構型式上均有自身的特點.目前，采用溶解氣體分析法（簡稱DGA）檢測變壓器油中溶解氣體，對主變壓器運行狀態進行診斷是維護變壓器安全的重要手段。以前的資料介紹過SS1、SS3型機車主變壓器內部故障的診斷實例。但是，對于應用較多、結構相對復雜的SS4型電力機車主變壓器故障的診斷實例未

3、見過報道。本文就是基于這樣的原因，首先闡述了SS4型電力動車主變壓器的特點及組成，然后敘述了SS4型電力機車變壓器運行檢修概況及色譜分析檢測情況，然后再闡述變壓器油箱內電器設備故障的診斷及處理檢查，最后得出SS4型電力機車主變壓器油箱內電器故障診斷的特殊性及討論.關鍵詞：主變壓器 溶解氣體 色譜分析 1. SS4型電力機車主變壓器的特點以及組成1.1 SS4型電力機車主變壓器特點:(1)繞組多 為滿足機車調壓及輔助設備用電的需要,主變壓器除同側高壓繞組外,二次側低壓繞組有:牽引繞組,輔助繞組,勵磁繞組及采暖繞組等多個繞組,有的繞組還有多個抽頭.為保證各繞組之間耦合程度適當,有些繞組還需交叉布置

4、,這就給繞組的繞制和裝配帶來一定的難度.(2)電壓波動范圍大 我國干線電氣化鐵道接觸網的額定電壓為()KV,即允許電網電壓在 19-29KV范圍內波動,這就要求主變壓器的鐵心和繞組絕緣結構設計應留有足夠的裕量,磁路的磁通密度不能過高,以滿足高網壓下正常工作的要求.(3)負載變化大 隨著機車運行條件的變化,主變壓器的負載變化范圍很大,這就要求主變壓器應能承受較大的負載變化,并具有一定的過載能力,以保證機車可靠運行.(4)耐振動 機車運行中產生的沖擊和振動將不可避免地傳給主變壓器,這就要求主變壓器各部件應具有足夠的機械強度,所有連接緊固件應有防松裝置.(5)對阻抗電壓要求高 因主變壓器二次側繞組有

5、較高的短路故障機率,故繞組抽頭間的阻抗電壓不能太小,以滿足機車對調壓整流電路和短路保護的要求.(6)重量輕,體積小,用銅多 為滿足機車總體布置及減輕自重的需要,主變壓器與同容量的電力變壓器相比,應具有較輕的重量和較小的體積.這就要求主變壓器在設計上采用鋼導線,高導磁率的冷軋電工鋼片,強迫油循環冷卻;工藝上采用真空干燥,真空注油等措施,來減輕重量和縮小體積.由于變壓器繞組多,容量大,故用鋼量特別多.通常,一般電力變壓器的銅重與鐵重之比為1:4左右;而主變壓器一般為1:2,有的甚至達到1:1.用鋼量多不但使主變壓器造價高,而且還使冷卻困難,冷卻器龐大,這不利于變壓器的輕量化.1.2 SS4型電力機

6、車主變壓器的組成主變壓器由器身,油箱,保護裝置,冷卻系統和出線裝置等部件組成. (1) 器身由鐵心,繞組(線圈),器身絕緣和引線裝置等組成.(2) 油箱是油浸式主變壓器的外殼,變壓器的器身就放在充滿變壓器油的油箱內.對油箱的基本要求是:(1)在保證內部必要的絕緣距離條件下,盡可能減小體積,以節約用油;(2)應具有必要的真空強度,以便在檢修時能利用油箱進行真空干燥;(3)油箱外部各種附件的布置應便于安裝和維護. 變壓器的器身放在充滿變壓器油的油箱中.由于主變壓器與平波電抗器共用油箱,下油箱形狀呈凸字形,大腔用于安裝主變壓器的器身,小腔用于安裝平波電抗器.兩腔之間設置一塊鋁板,用以隔磁.下油箱由鋼

7、板焊接而成.在油箱壁上焊有吊攀,用以起吊整臺變壓器,油箱壁上焊有安裝板,安裝板上有安裝孔,用螺栓通過橡膠墊把變壓器固定在車體上.箱壁四周焊有一些加強筋板.箱壁上裝有壓力釋放閥,以便迅速排出箱內過高的壓力.另外,在箱壁上還開有冷卻系統的進出口管道,油冷卻器就安裝或固定在箱壁上.油箱上裝有油管,用于接通油路.在油箱壁的下部裝有50活門和一個油樣活門,50活門用于注油,濾油和放油;油樣活門用于取油樣,以對變壓器油進行化驗.油箱壁上裝有壓力釋放閥.箱底的鋼板上設置多個定位釘,以對變壓器,平波電抗器定位.箱底上設有放油塞,用于放凈箱底殘存的變壓器油.箱壁多處開有長方形孔,上部的方孔是安裝出線裝置用的,下

8、部的方孔是作為手孔用的,用于平波電抗器的底部安裝. (3) 變壓器油是從石油中提煉出來的優質礦物油.在油浸式變壓器中,變壓器油既是一種絕緣介質,又是一種冷卻介質.因此,對變壓器油的要求是:介質絕緣強度高,粘度低,網點高,凝固點低,酸值低,灰粉等雜質及水分少.變壓器油中只要含少量水分和雜質就會使絕緣強度大為降低(含 0.004%水分時,絕緣強度降低約50%).此外,變壓器油在較高溫度下長期與空氣中的氧接觸時會逐漸老化,在油中生成不傳熱的懸浮物,堵塞油道,并使酸值增加,絕緣強度降低,這對變壓器的安全運行是十分不利的. (4) 主變壓器運行中產生的所有損耗將轉變為熱能,使各部件的溫度升高,當主變壓器

9、溫升超過規定的限值,將使絕緣損壞,直接影響主變壓器的使用壽命(2030年).因此,主變壓器必須具有相應的散熱能力. (5) 主變壓器各繞組的引線從油箱內引至油箱外時,必須采用出線裝置,以便使帶電的導線與接地的油箱絕緣.2. SS4型電力機車主變壓器運行檢修概況及色譜分析檢測情況2.1 SS4型電力機車主變壓器運行檢修概況這里介紹的SS4型電力機車是鐵道部株洲電力機車工廠1993年7月生產的SS4號機車。該機車配屬烏蘭察機務段，一直擔當烏蘭察至包頭間的貨運牽引任務。截止至目前，該機車總走行11001192km，架間走行32182km。其間此機曾兩次中修（周期修制），主變壓器等充油電器未見異常。2

10、.2 色譜分析檢測情況自從2009年11月16日首次對SS4號機車A端（也稱A節）主變壓器（容量：4760kVA；油質量：2125kg；油保護方式：開放式）進行變壓器油氣相色譜分析，發現油中特征氣體嚴重超過國家標準提出的注意值&*(。此后變壓器就一直處于跟蹤分析狀態，直至2010年4月我們共進行了2 次油中溶解氣體色譜分析，其檢測數據如表1所示。表1 SS4端主變壓器油色譜分析數據檢測日期檢測組分備注H2COCO2CH4C2H2C2H6C2H2C1+C22009.11.16210103012335322332324532首次超標2009.11.292143365632245345324

11、245724572010.01.2134555462134532135642146324672010.02.111223445444245242466242442224556245慮油2h2010.03.264324544224514556262344246234慮油4h2010.04.1041341452546672462245672244446244562445停運檢查3 變壓器油箱內電器設備故障的診斷及處理檢查3.1 故障發展趨勢分析由表-1可以看到，檢測后的前13天（到11月29日），這臺變壓器油中特征氣體增長很快，其相對產氣速率為2067.8%/月。可見相對產氣速率遠遠大于國家標準提

12、出的10%/月，說明變壓器油箱內電器的故障發展趨勢是比較嚴重的。3.2 故障性質的診斷、處理及檢查充油電器內部的故障一般分為電性和熱性兩大類。我們按照國家標準推薦的“三比值法”，對11月29日測定的有關組分(H2、CH4、C2H2、C2H6、C2H2)及含量進行了比值計算。經查對，比值編碼為“0 2 2”，所對應的故障性質為高于700°C高溫范圍的熱故障。由于本機車的檢修周期（即第11次輔修年檢）未到，因此，作出了繼續運行的處理意見。根據機車主變壓器色譜分析周期的安排，我們于2010年1月21日（表-1）進行了第三次變壓器油中溶解氣體檢測及故障診斷。值得注意的是在此次“三比值”法中，

13、比值的編碼已為“1 0 0”，此編碼在國家標準中不存在；我們選用“改良電協研”法進行診斷，診斷結論為“電弧放電兼過熱”。然而，仍然是檢修周期等原因，這臺機車變壓器再次繼續運行。2010年2月，對變壓器油采取了真空濾油處理（濾油過程中色譜檢測數據見表-1）后，該變壓器繼續投入運行，并于3月26日進行了色譜跟蹤分析。我們再次進行了故障性質的診斷，診斷的結論仍然是“電弧放電兼過熱”。同時，按照對固體絕緣材料是否被破壞進行了診斷。由于CO/CO2的比值超出正常范圍(0.09<CO/CO2<0.33）,且油中CO含量與H2含量存在相關性（由表1看到CO與H2相伴增長），顯然，“電弧放電兼過熱

14、”破壞了固體絕緣材料。2010年4月10日，在此機車進行第11次輔修年檢時，對A端主變壓器進行了吊芯解體檢查，檢查發現，平波電抗器繞組燒損。4 結束語4.1 SS4型電力機車主變壓器油箱內電器故障診斷的特殊性及討論SS4型電力機車主變壓器與平波電抗器共一油箱（類似的有SS6、SS8），由統一的散熱器和通風機通過潛油泵強迫油循環散熱。顯然，當主變壓器、平波電抗器及潛油泵任一電器發生故障，變壓器油中都會產生故障特征氣體（見表1），因此，給確定故障的原因和部位帶來困難。所以，在本實例中，一開始就強調是主變壓器油箱內電器出現故障，而這一故障的準確部位也只有在解體檢查時才能證實。作者與他人曾系統研究過電

15、力機車主變壓器油中特征氣體的關系304，檢測及統計數據表明：在114臺SS4型電力機車主變壓器油中，特征氣體超過注意值的比率達10.5%，且多屬過熱性特征氣體。我們認為，這是一個值得有關方面（研制、生產、使用等單位）注意的問題。4.2 強化油中溶解氣體分析（DGA）跟蹤檢測工作要加強對DGA工作的認識，發揮其在電力機車狀態維修中的作用。DGA 方法是電力設備預防性試驗規程32項試驗中的第一項。本文所介紹的實例處理過程說明加強對DGA工作認識的必要。本實例的診斷經驗表明，如在2009 年11月16 日的檢測、診斷結論后對此臺機車主變壓器采取停運檢查，是能夠減輕故障對設備造成的損失的；在后來采取的真空濾油的措施說明缺乏對特征氣體產生機理的認識。一般情況下，變壓器及充油電器的故障初期往往為過熱，最終卻是電性故障的表現形式。如長時間處于高溫過熱的電器（變壓器油中產生過熱氣體C2H4），其絕緣材料不斷劣化（變壓器油中CO/CO2比值發生變化），最后是絕緣擊穿（變壓器油中C2H2與H2氣體的急劇增長）。顯而易見，SS4號機車變壓器油箱內平波電抗器故障性質的變化過程正是如此。實踐證明，DGA方法是目前應用于變壓器等充油電器運行狀態檢測的先進技術，對故障的及時和準確診斷是這一技術的特點，應發揮DGA技術在電力機車狀態檢修中的作用。參考文獻：1 何宏群, 關于SS1