SS4改型電力機(jī)車主變壓器鐵芯絕緣漆膜脫落的原因分析

李　霞

(鄭州鐵路局　洛陽(yáng)機(jī)務(wù)段， 河南洛陽(yáng) 471002)

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SS4改型電力機(jī)車主變壓器鐵芯絕緣漆膜脫落的原因分析

李霞

(鄭州鐵路局洛陽(yáng)機(jī)務(wù)段， 河南洛陽(yáng) 471002)

針對(duì)SS4改型電力機(jī)車主變壓器油色譜分析數(shù)據(jù)異常情況，通過(guò)對(duì)變壓器進(jìn)行吊芯和解體檢查，采用特征氣體三比值法的基本原理及方法，經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)查分析認(rèn)為是變壓器鐵芯硅鋼片絕緣漆膜脫落所致，并提出了相應(yīng)改進(jìn)建議。對(duì)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的牽引變壓器類似故障有一定借鑒意義，為運(yùn)行維護(hù)部門提供參考。

電力機(jī)車； 變壓器； 鐵芯； 鐵芯； 原因分析

洛陽(yáng)機(jī)務(wù)段SS407044號(hào)電力機(jī)車A節(jié)主變壓器于2013年12月26日發(fā)現(xiàn)油色譜分析數(shù)據(jù)異常，氫氣、乙炔、總烴含量均超過(guò)了注意值。該車于2013年6月4日做大修，大修后走行89 328 km?？s短跟蹤周期至2013年12月31日再次做色譜分析，發(fā)現(xiàn)5天內(nèi)氫氣含量增加20μl/l，乙炔含量增加16μl/l，總烴含量增加73μl/l，產(chǎn)氣速率加快，亟待對(duì)變壓器進(jìn)行進(jìn)一步檢查，查找故障原因。2013年8月～2014年1月間的色譜分析數(shù)據(jù)如表1所示。

0-1為機(jī)車第1次輔修、1-0為機(jī)車第1次小修，臨修為因機(jī)車故障扣回修理。

1　機(jī)車主變壓器鐵芯硅鋼片結(jié)構(gòu)

變壓器鐵芯硅鋼片在疊裝之前都要涂上絕緣漆，使鐵芯產(chǎn)生渦流的那個(gè)截面，被分割成很多的小截面導(dǎo)體，這樣其總電阻變大，涂絕緣漆的鐵芯，雖然也存在渦流損耗(屬于鐵耗的一部分)，但比之前小了很多。因此，在變壓器中，硅鋼片越薄，其損耗就越小。

SS4改電力機(jī)車配裝的TBQ8-4923/25型變壓器為單相二柱式疊鐵芯，硅鋼片采用0.35 mm厚DQ151-35晶粒取向冷軋電工鋼片疊裝而成，芯柱截面為10級(jí)階梯形。為降低鐵芯引起的渦流損耗，片間也有非常薄的絕緣漆膜進(jìn)行絕緣，同時(shí)因硅鋼片處于磁場(chǎng)中的不同位置，為保證不同硅鋼片間的懸浮電位不導(dǎo)致放電，保證硅鋼片一點(diǎn)接地，接地點(diǎn)設(shè)置在上鐵軛通過(guò)上夾件實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地。

2　對(duì)變壓器故障性質(zhì)的預(yù)測(cè)和熱點(diǎn)溫度計(jì)算

通常變壓器過(guò)熱故障的產(chǎn)氣特征分兩種：(1)不涉及固體絕緣：只影響熱源處變壓器油的分解，此時(shí)產(chǎn)生的氣體主要是低分子烴類氣體，其中CH4、C2H4是特征氣體，一般二者之和占總烴的80%以上。當(dāng)故障點(diǎn)溫度較低時(shí)，CH4占比大，熱點(diǎn)溫度升高至500度以上時(shí)，C2H4含量明顯增加。H2含量也與溫度有較大關(guān)系，高中溫過(guò)熱時(shí)H2含量占?xì)錈N含量的30%左右，因?yàn)闇囟壬邥r(shí)烴類氣體含量增速加快了，H2增加但比例降低了。但過(guò)熱故障通常不會(huì)產(chǎn)生C2H2。低于500℃的過(guò)熱C2H2含量不會(huì)超過(guò)總烴含量的2%，高于800℃的過(guò)熱C2H2含量也不會(huì)超過(guò)總烴含量的6%。(2)涉及固體絕緣的過(guò)熱故障：除產(chǎn)生低分子烴類氣體外，還產(chǎn)生較多的CO2、CO。

計(jì)算該變壓器2013年12月31日H2氣體占?xì)錈N氣體的含量為11.1%，CH4氣體占總烴氣體的含量17.4%，C2H4氣體占總烴氣體的含量51.1%，C2H6氣體占總烴氣體的含量6%，C2H2氣體占總烴氣體的含量25.4%。C2H4、C2H2等烴類氣體為主要成分，按C2H2的含量超標(biāo)且占比較大，排除了單純的熱故障。計(jì)算三比值編碼為122，判斷為電弧放電。

因CO含量一直增長(zhǎng)，按分析結(jié)果對(duì)變壓器繞組絕緣和冷態(tài)電阻值進(jìn)行檢測(cè)，變壓器原邊繞組、次邊繞組、平波電抗器繞組的絕緣正常，各繞組直流電阻值變化值不大于出廠值的2%，各繞組測(cè)量值(換算至75℃)也不超過(guò)設(shè)計(jì)值的±5%限度，故排除了繞組故障。但因CO含量的增加，判斷為磁路故障引起的放電兼固體絕緣材料過(guò)熱，原因可能為不良連接形成不同電位或懸浮電位造成的火花放電或電弧，木質(zhì)絕緣塊、絕緣構(gòu)件膠合處，以及繞組墊塊的沿面放電或懸浮的金屬帶附近火花放電。

根據(jù)變壓器熱點(diǎn)溫度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，熱點(diǎn)溫度計(jì)算(按2013年12月31日的分析數(shù)據(jù)計(jì)算)：

T=322×lg(C2H4/C2H6)+525=322×lg(203/24)+525=823.6℃

熱點(diǎn)溫度超過(guò)了800℃。

3　故障原因的查找與分析

3.1變壓器吊芯進(jìn)行故障原因的查找與分析

因?yàn)樽儔浩鞣祻S解體工作量較大，2013年1月22日在機(jī)務(wù)段檢修庫(kù)內(nèi)將主變壓器器身吊出進(jìn)行外觀檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不良連接以及絕緣放電現(xiàn)象，在檢查鐵芯緊固件的時(shí)候發(fā)現(xiàn)上鐵軛的壓釘緊固螺栓松動(dòng)且壓釘下部聚有少許黑色粉末，位置如圖1所示。

圖1　SS4 07044機(jī)車A節(jié)主變壓器鐵芯上鐵軛的壓釘緊固螺栓

從理論上分析，變壓器正常運(yùn)行時(shí)，充當(dāng)電極的各繞組、引線與油箱間將產(chǎn)生不均勻的電場(chǎng)，鐵芯、夾件等金屬結(jié)構(gòu)件處于該電場(chǎng)中，由于他們所處位置不同，當(dāng)兩點(diǎn)間電位差值能夠擊穿其間的絕緣時(shí)，便產(chǎn)生火花放電。這種放電可使油分解，長(zhǎng)此下去會(huì)逐漸損壞變壓器的固體絕緣導(dǎo)致事故發(fā)生。所以分析為緊固螺栓松動(dòng)后，壓釘?shù)冉饘俑浇烹姡鹆藟横斚路綐?shù)脂絕緣墊板產(chǎn)生少量CO，據(jù)此認(rèn)為壓釘松動(dòng)是造成此次故障的主要原因。我段對(duì)松動(dòng)的壓釘進(jìn)行緊固并清除了壓釘下的黑色粉末。處理后重新安裝變壓器上車跟蹤。

3.2變壓器解體進(jìn)行故障原因的查找與分析

2013年1月22日該主變壓器油經(jīng)過(guò)處理后，進(jìn)行色譜分析，各項(xiàng)參數(shù)在范圍內(nèi)。2013年3月5日機(jī)車1-1次輔修時(shí)進(jìn)行色譜分析時(shí)發(fā)現(xiàn)氫氣、乙炔、總烴含量又一次超過(guò)了注意值，同時(shí)伴隨CO、CO2的增長(zhǎng)。于3月16日、3月25日、4月10日分別對(duì)變壓器油進(jìn)行了色譜分析，見(jiàn)表2。乙炔和總烴的含量持續(xù)增長(zhǎng)，三比值編碼為122，分析為電弧放電兼過(guò)熱。

根據(jù)變壓器熱點(diǎn)溫度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，熱點(diǎn)溫度計(jì)算(按2014年3月5日的分析數(shù)據(jù)計(jì)算)：

T=322×1g(C2H4/C2H6)+525=322×1g(111/11)+525=848.3℃

熱點(diǎn)溫度超過(guò)了800℃，與吊芯前計(jì)算的熱點(diǎn)溫度非常相近。因此判定上次吊芯找到的原因不是故障的根本原因。

2014年7月25日在大修廠對(duì)SS407044機(jī)車A節(jié)主變壓器進(jìn)行了解體檢查，拆去鐵芯夾件時(shí)，在拆解硅鋼片檢查的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，共有幾十片硅鋼片的絕緣漆膜局部脫落如，圖2所示，有些在漆膜脫落處有蔓延放電現(xiàn)象。多的連續(xù)十幾片，導(dǎo)致鐵芯局部短路形成較大的渦流，造成鐵芯局部過(guò)熱導(dǎo)致變壓器油產(chǎn)生大量的乙烯和甲烷，隨著溫度升高，乙烷和氫氣增加，因?yàn)橛薪^緣漆膜材料的過(guò)熱，氣體成分中會(huì)伴有CO、CO2氣體。

表2　SS4 07044機(jī)車A節(jié)主變壓器于2014年1～4月間的色譜分析數(shù)據(jù)　μl/l

注：(1)1-1為機(jī)車第1次小修之后的第一次輔修。(2)各氣體含量單位為μl/l。

該例故障的放電部位很明確，屬于硅鋼片絕緣漆膜局部脫落導(dǎo)致渦流損耗增大的電流異常過(guò)熱故障。

4　改進(jìn)建議

SS4型電力機(jī)車是中國(guó)第3代電力機(jī)車的領(lǐng)頭產(chǎn)品。最早生產(chǎn)的SS4改機(jī)車變壓器散熱器風(fēng)翅片的設(shè)計(jì)尺寸非常小，難于清潔維護(hù)。由于溫度計(jì)不帶溫度聯(lián)鎖，變壓器溫度高時(shí)無(wú)法導(dǎo)致主斷路器的跳斷，而溫度計(jì)設(shè)在機(jī)械間，本身的蜂鳴報(bào)警乘務(wù)員無(wú)法聽(tīng)到。該變壓器的設(shè)計(jì)壽命為20年，目前運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過(guò)20年，鐵芯的絕緣漆膜一定會(huì)存在不同程度的老化，該故障無(wú)法在空載電流的測(cè)試中反映出來(lái)，即使出現(xiàn)色譜分析異常，變壓器的吊芯檢查也往往因鐵芯的解體維修工作量大未進(jìn)行，在機(jī)車大修時(shí)，變壓器鐵芯片解體檢查尚未進(jìn)行。

圖2　SS4 07044機(jī)車A節(jié)主變壓器鐵芯硅鋼片絕緣漆膜局部脫落圖片

由此推測(cè)，解體SS407044機(jī)車A節(jié)變壓器鐵芯片時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題應(yīng)該不是個(gè)例，只是有些變壓器的鐵芯片問(wèn)題仍在潛伏階段，發(fā)展到一定階段就會(huì)出現(xiàn)色譜數(shù)據(jù)異常，若超標(biāo)情況不被注意，該問(wèn)題發(fā)展下去會(huì)引起較大的鐵芯渦流和過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀變壓器，為運(yùn)行安全埋下很大隱患。

SS407044機(jī)車變壓器出廠時(shí)間已23年，大修時(shí)建議全面測(cè)量鐵芯片絕緣，根據(jù)測(cè)量情況和入廠前的色譜分析，決定是否解體變壓器器身對(duì)鐵芯片進(jìn)行檢查。2014年8月大修廠對(duì)該變壓器鐵芯片進(jìn)行了全部檢查和漆膜的修復(fù)，2014年9月該變壓器裝在新疆烏魯木齊機(jī)務(wù)段的機(jī)車上，跟蹤結(jié)果正常。

[1]張有松，朱龍駒.韶山4型電力機(jī)車[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1988.

[2]王曉鶯.變壓器故障與監(jiān)測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

Reason Analysis of Insulation Coating Falling off from SS4Electric Locomotive Main Transformer Core

LI Xia

(Luoyang Locomotive Depot, Zhengzhou Railway Bureau, Luoyang 471002 Henan, China)

According to abnormal data of main transformer oil chromatographic analysis of the SS4electric locomotive, through detailed investigation and analysis, it thought to be caused by insulating film falling off from transformer iron core silicon steel sheet. At last the author puts forward the corresponding improvement suggestions.

SS4electric locomotive; main transformer; core; cause analysis; suggestions for improvement

1008-7842 (2016) 01-0079-03

女，高級(jí)工程師(

2015-08-27)

U264.3+6

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.20