HXD3C型機車避雷器故障原因分析及對策

李鳴　陶立超

[摘 要]根據(jù)HXD3C型電力機車避雷器的運用現(xiàn)狀和存在的問題，結(jié)合具體事例對避雷器炸損故障進(jìn)行分析，提出了避雷器維護保養(yǎng)及故障處理的合理建議，達(dá)到指導(dǎo)現(xiàn)場檢修與確保機車安全運行的目的。

[關(guān)鍵詞]HXD3C型機車 避雷器 預(yù)防對策

中圖分類號：R54041 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）10-0018-01

1.問題的提出

無間隙金屬氧化物YH10WT-42/105D型車頂避雷器在HXD3C型電力機車?yán)塾嬔b車2330個，YH10WT-43/108BN型柜內(nèi)避雷器在HXD3C型電力機車?yán)塾嬔b車1165個。2014年3月3日，HXD3C0563機車在出庫前升弓試驗時，Ⅰ端車頂避雷器炸損接地，導(dǎo)致高壓接觸網(wǎng)燒斷，變電所跳閘。此次事故后，段方購買直流高壓發(fā)射器對本段內(nèi)的45臺HXD3C型機車進(jìn)行普查，結(jié)果如下表1：

上述45臺機車普查時走行約35萬～50萬公里。由于車頂避雷器工作環(huán)境惡劣，動作頻繁，當(dāng)避雷器因內(nèi)部電阻片老化被擊穿引起壓力動作釋放時，會造成短路或接地等故障，將會引發(fā)接觸網(wǎng)頂電、變電所跳閘，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致因大電流燒斷接觸網(wǎng)等行車事故。為此，相關(guān)運用單位有必要注意日常維護，機車運行一段時間后做相關(guān)預(yù)防性的測試，保證機車運行的安全。

2.避雷器的作用原理

2.1 主電路原理

車頂避雷器F1和F2，分別并聯(lián)于受電弓和高壓隔離開關(guān)之間，可以抑制機車外部的雷擊過電壓和電網(wǎng)過電壓，保護車頂和車內(nèi)的高壓電器。車內(nèi)避雷器F3，并聯(lián)于主斷路器和主變壓器原邊繞組之間，它主要抑制主斷路器開閉時產(chǎn)生的操作過電壓，避免對機車內(nèi)部的控制電器產(chǎn)生過電壓侵害。車頂避雷器F1、F2的持續(xù)額定工作電壓低于柜內(nèi)避雷器的持續(xù)額定工作電壓，從而確保機車外部的雷擊過電壓和電網(wǎng)過電壓在車頂上就被抑制，避免進(jìn)入車內(nèi)造成危害。避雷器的接入情況如下圖1。

2.2 避雷器自身工作原理

金屬氧化物型避雷器芯體內(nèi)裝有優(yōu)異特性的氧化鋅電阻片，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓時，避雷器呈現(xiàn)低電阻，吸收過電壓能量，使被保護電氣設(shè)備上的過電壓限制在允許范圍內(nèi)，從而保護了電氣設(shè)備絕緣免遭過電壓的損壞。在電力系統(tǒng)正常工作電壓下，避雷器呈現(xiàn)高電阻，僅有微安級的泄漏電流流過避雷器，起到與系統(tǒng)絕緣的作用。

3.典型故障示例及原因分析

3.1 典型故障示例

故障示例1：

2014年4月18日，HXD3C0033機車擔(dān)當(dāng)K539次客運列車牽引任務(wù)，列車行駛途中，機車突然跳主斷，TCMS微機顯示屏顯示網(wǎng)壓低牽引封鎖，乘務(wù)員立即停車，下車瞭望檢查，發(fā)現(xiàn)機車Ⅱ端車頂避雷器炸損，司機隔離Ⅱ端受電弓后維持運行。該車于2010年10月23日新造，并于2012年12月27日兩年檢后到段，兩年檢后走行377318km。

故障示例2：

2014年7月17日，HXD3C-0781機車，擔(dān)當(dāng)K1185次客運牽引任務(wù)，列車運行途中，乘務(wù)員聽到車頂有爆炸聲音，瞭望發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)與受電弓間有火花，乘務(wù)員立即降弓，對機車進(jìn)行車頂絕緣檢測時發(fā)現(xiàn)三級報警，乘務(wù)員擔(dān)心發(fā)生弓網(wǎng)事故，未再次升弓于17時07分通知車站請求救援。該機車2013年01月23日新造配屬到段，走行480791km。

3.2 故障原因分析

針對上述示例中故障的避雷器，經(jīng)返廠解剖檢測發(fā)現(xiàn)，避雷器內(nèi)部部分電阻片被擊穿碎裂，形成的荷電率過高，最終導(dǎo)致剩余電阻片吸收能量過多，引起避雷器壓力釋放動作而炸損。避雷器電阻片被擊穿的原因有如下幾點：

1.由于機車頂部避雷器所處的位置，使用環(huán)境和條件比較苛刻，動作次數(shù)頻繁，長期運行使避雷器吸收能量不斷積累，性能逐漸劣化，最終導(dǎo)致個別電阻片加速老化。當(dāng)某一次出現(xiàn)外電壓能量過大時，避雷器就有可能發(fā)生故障而損壞。

2.在電力機車上主要的過電壓為操作過電壓，即斷路器在運行過程中的操作過電壓，以及機車運行途中換分相區(qū)產(chǎn)生的過電壓。當(dāng)瞬間產(chǎn)生的過電壓及涌流超過了避雷器本身允許承載的能力時，避雷器只能通過自毀的方式切斷大電流，以避免更大事故的發(fā)生。

3.在電阻片出廠時是對每批次的電阻片進(jìn)行方波沖擊電流耐受試驗、大電流沖擊耐受試驗、加速老化試驗進(jìn)行抽檢，該過程無法保證每片電阻片吸收能量大小一致，有可能存在個別電阻片的方波沖擊耐受試驗電流偏小，在后續(xù)負(fù)載下，相對其他電阻片更易老化被擊穿。

避雷器炸損后成短路的“接地棒”，如果此時乘務(wù)員未能及時發(fā)覺而再次升起受電弓，就會在接觸網(wǎng)與受電弓接觸的瞬間，引起強大的電流通過空氣介質(zhì)，造成弓網(wǎng)間拉弧放電，從而使接觸網(wǎng)燒損。

4.避免HXD3C型機車避雷器故障的防范措施

4.1 日常表面清潔維護

每次機車入庫都應(yīng)對機車頂避雷器傘套表面灰塵、油污進(jìn)行一次擦洗，以避免傘套表面的油污越積越多，尤其是到冬季，北方霧霾天氣較多，更要保證對避雷器的及時清洗，必要時，更換新的避雷器以保證機車的安全運行。

避雷器擦拭干凈后，對其外觀進(jìn)行檢查：檢查避雷器外套有無裂紋、傷痕，判斷避雷器有無缺陷。發(fā)現(xiàn)傘群有缺陷，傘群缺陷面積≥30mm2，應(yīng)立即更換；發(fā)現(xiàn)傘群有開裂，傘群開裂深度超過2mm，長度超過15mm，應(yīng)立即更換；避雷器護套有破損、開裂、飛石擊破應(yīng)立即更換；發(fā)現(xiàn)有電蝕、燒損等現(xiàn)象應(yīng)立即更換。

4.2 重視6A系統(tǒng)的高壓絕緣檢測

HXD3C型機車6A系統(tǒng)中的高壓絕緣檢測是升弓前對機車高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確保各設(shè)備絕緣合格后升弓。當(dāng)機車在運行途中，對于車頂發(fā)生的頂電故障，接觸網(wǎng)斷電時，乘務(wù)員不應(yīng)盲目升弓，需先做高壓絕緣試驗，對故障點有一定的判斷，避免因避雷器炸損接地后升弓導(dǎo)致弓網(wǎng)事故的發(fā)生。

4.3 定期性能測試

避雷器在投入運行后應(yīng)每季度用2500v兆歐表測試絕緣電阻，其阻值應(yīng)大于10000兆歐；每半年對避雷器進(jìn)行抽樣試驗；每年對避雷器應(yīng)做預(yù)防性試驗，具體項目為：

（1）直流參考電壓測試U1mA：避雷器兩端施加直流電壓（直流電壓的脈動不大于±1.5%），待流過避雷器的電流穩(wěn)定為1mA時讀取電壓值，其值應(yīng)≥58kv。

（2）直流0.75U1mA下的泄露電流測量：對避雷器施加0.75倍U1mA直流電壓，讀取電流值，其值應(yīng)小于50μA。

5.結(jié)束語

綜上所述，針對HXD3C型電力機車避雷器炸損的原因，為減少炸損故障的發(fā)生，運用單位應(yīng)從日常保養(yǎng)、檢修、運用等方面采取一定的對策，以保證機車的運行安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國北車集團大連機車車輛有限公司.HXD3C型大功率交流傳動電力機車培訓(xùn)教材[M].大連：中國北車集團大連機車車輛有限公司，2010.