淺析CRH5型高速動車組的T型連接器燒損問題

劉暢

摘要：文章介紹CRH5型車牽引變壓器T型連接器檢修工藝技術(shù)，分析T型連接器燒損原因，提出T型連接器燒損原因及解決方案，通過研究T型連接器安裝工藝方法，預(yù)防T型連接器在運行過程中發(fā)生T型連接器炸裂現(xiàn)象，保證車輛行車安全。

關(guān)鍵詞：CRH5；牽引變壓器；T型連接器；檢修工藝；高速動車組 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U266 文章編號：1009-2374（2016）33-0095-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.047

1 概述

CHR5型動車組使用交直交的傳動方法，主要由五部分組成，即25kV受電弓、25kV主短路器、牽引變壓器、牽引電機、牽引變流器。25kV高壓交流電從電網(wǎng)導(dǎo)入25kV受電弓，25kV受電弓通過25kV高壓線纜將高壓交流電導(dǎo)入牽引變壓器，使電壓降變成1770V，電壓降變后，再經(jīng)過牽引輔助變流器，將電壓和頻率逆變成可被人們控制的三相交流電，此三相交流電通過牽引電機牽引高速動車組。而T型連接器連接25kV高壓線纜和牽引變壓器，是高壓電流傳輸?shù)闹匾?jié)點。自2011年以來，CRH5型動車組在運營過程中發(fā)生了3起牽引變壓器T型連接器燒損故障，導(dǎo)致CRH5型動車組的牽引力和制動力無法正常發(fā)揮，牽引系統(tǒng)丟失，制動系統(tǒng)只能用人工限速，存在側(cè)翻危險，不能保證行車安全，嚴(yán)重影響了運營秩序。

2 T型連接器結(jié)構(gòu)簡介

T型連接器由8部分組成：（1）T型連接器靴套：用來防止高壓電外漏裝置；（2）T型連接器內(nèi)屏蔽：屏蔽電磁場影響；（3）T型連接器銅連接：固定T型連接器與牽引變壓器；（4）T型連接器應(yīng)力堆：用來防止高壓電外漏裝置；（5）T型連接器接地點：倒地電流；（6）雙頭安裝螺栓：固定后堵頭；（7）后堵頭：固定T型連接器；（8）后蓋：保護后堵頭和T型連接器。

3 T型連接器燒損故障原因分析

3.1 機械原因

可能存在安裝高壓套管工藝方案不當(dāng)，高壓套管為T型連接器與牽引變壓器的安裝部位。由于安裝高壓套管緊固件為環(huán)形，此工藝方案可能引起機械應(yīng)力不均勻分布，使高壓套管表面變形，造成安裝T型套后有空氣間隙，使端子膨脹。

3.2 電氣原因

從熱量、電流、電阻和時間上來看，參考了熱熔和質(zhì)量，可以看到溫度的變化對相關(guān)參數(shù)的影響。由于金屬端子與高壓套管材質(zhì)不同，而不同材質(zhì)的熱熔和質(zhì)量一般不同，由調(diào)查可以看出在發(fā)出相同熱量時是有很多不同的，在初始溫度相同的情況下，升溫后金屬端子和高壓套管的溫度不同，導(dǎo)致金屬端子和高壓套管膨脹快慢不同，可能導(dǎo)致T型連接器膨脹，空氣滲入，最終導(dǎo)致T型連接器燒損。

3.3 電應(yīng)力的原因

高壓電纜中電流產(chǎn)生的磁場恰好能通過T型連接器。由左手定則可知，T型連接器會產(chǎn)生一個安培力。在車剛開始供25kV高壓電并且車開始運動，就會產(chǎn)生一個不小的力使T型連接器震動，可能導(dǎo)致T型連接器膨脹，空氣滲入，最終導(dǎo)致T型連接器燒損。

3.4 涂抹硅脂不均勻產(chǎn)生氣隙、油隙

由于T型連接器在安裝到高壓套筒后，T型連接器內(nèi)部密封，這就要求高壓套筒、T型連接器內(nèi)部及高壓電纜涂抹硅脂時均勻。目前，工藝操作者在對高壓套筒、T型連接器及高壓電纜涂抹硅脂時有不均勻現(xiàn)象，在T型頭靴套安裝后，T型連接器與高壓套筒、高壓電纜間可能會有氣隙、油隙。

當(dāng)T型連接器與高壓套筒、高壓電纜間存在氣隙、油隙時，通入25kV高電壓時，在絕緣的氣隙就會產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，這就說明在絕緣硅脂內(nèi)部存在局部性放電現(xiàn)象，當(dāng)CHR5型動車運行一段時間后，局部放電達(dá)到某種程度時，就可能導(dǎo)致對絕緣硅脂的擊穿，導(dǎo)致T型連接器燒損。

現(xiàn)在分析當(dāng)絕緣硅脂中含有一個氣隙時，絕緣硅脂是如何放電的。如圖1所示：

圖中c表示在絕緣硅脂中的氣隙，b表示的是絕緣硅脂，a是除了b之外連接部位的介質(zhì)。（a）絕緣硅脂中的氣隙，（b）等效的放電電路。

其中：δ為氣隙整體厚度，d為絕緣硅脂和氣隙的整體厚度，Ca、Ra為其外部分介質(zhì)的電容和電阻，Cb、Rb為與氣隙串聯(lián)部分絕緣硅脂的電容和電阻，Cc、Rc為氣隙的電容和電阻。

從T型連接器結(jié)構(gòu)來看，絕緣硅脂和氣隙是在近似平行電極中，目前氣隙和絕緣硅脂中的放電過程是在高壓交流電場作用下進行的，所以可以用等效電路圖（b）來進行分析。絕緣硅脂中的氣隙是與電場方向相垂直，氣隙形狀是扁平狀，根據(jù)電流連續(xù)性原理得出T型連接器的絕緣硅脂和氣隙與絕緣硅脂和氣隙的等效電導(dǎo)的特性。

在電場中，如果兩者的電阻均小于10-11（Ω·m）-1，那么絕緣硅脂b和氣隙c的電壓的數(shù)值之間的關(guān)系，分別為絕緣硅脂b和氣隙c的相對介電常數(shù)，絕緣硅脂b和氣隙c的電場強度的相互關(guān)系如下：

第一，氣隙在交流高壓電時放電，在電場中氣隙中的電場強度Ec與絕緣硅脂中電場強度Eb之比為。在通常外部環(huán)境下，而絕緣硅脂的相對介電常數(shù)大于1，說明在氣隙中的電場強度比絕緣硅脂中的電場強度高很多。

第二，空氣的擊穿場強在通常情況下都比絕緣硅脂的擊穿場強值低，所以在較高電壓時，氣隙被電流擊穿，而在T型連接器內(nèi)部的絕緣硅脂仍然保持其絕緣特性，擊穿性通道并沒有在電極之間形成。但當(dāng)電壓達(dá)到25kV時，絕緣硅脂介質(zhì)會被擊穿，擊穿性通道在絕緣硅脂及氣隙中形成。

第三，與T型連接器相連接的電纜為油紙電纜，由于在制造工藝中使用了真空干燥浸漬等方法，可以使電纜中含有氣隙的可能性幾乎為零，但充滿絕緣油的間隙卻不能避免地存在，固體介質(zhì)的介電常數(shù)比油本身的介電常數(shù)通常大，而擊穿場強又比油本身的介電常數(shù)要高，所以局部放電也會發(fā)生在油隙中，當(dāng)電壓達(dá)到25kV時，油隙介質(zhì)同樣會被擊穿。

第四，如果在T型連接器中不含有氣隙或油隙，但在T型連接器中電場分布極不均勻的條件下，加上25kV的高壓電場，局部放電現(xiàn)象就極為可能產(chǎn)生。例如T型連接器表面及電纜表面上的毛刺或有其他雜質(zhì)、異物如金屬屑，那么附近的電場強度要比T型連接器中其他部位的電場強度高得多。當(dāng)電壓達(dá)到25kV時，此處局部放電強度達(dá)到絕緣硅脂本身的擊穿場強值，擊穿性通道在絕緣硅脂就會形成。

總之，如果T型連接器中存在的空氣及油隙，就會造成T型連接器內(nèi)部電場分布不均勻，加上25kV的高壓電場，使局部電場強度過高，最終導(dǎo)致的絕緣硅脂中局部范圍內(nèi)的電流放電或電流擊穿。T型連接器中的局部放電也是引起T型連接器靴套和T型連接器應(yīng)力堆老化的重要原因之一。假如T型連接器是在正常運行電壓下，其絕緣硅脂中就已經(jīng)出現(xiàn)局部放電的現(xiàn)象，這意味著絕緣硅脂內(nèi)部本身存在個別缺陷，而且這種過程必然會在高速動車組運行期間持續(xù)發(fā)展，達(dá)到一定程度或某一臨界值時，就會導(dǎo)致絕緣硅脂的擊穿或損壞，所以測定T型連接器在不同電壓下的局部放電臨界值的界定與不同發(fā)展趨勢，就可以判斷T型連接器靴套和T型連接器應(yīng)力堆內(nèi)是否存在個別缺陷，并且能夠測量絕緣硅脂老化的速度和各種情況的狀態(tài)。因而T型連接器和牽引系統(tǒng)運行部門都很重視檢測局部放電，所以目前的重要項目就是進行絕緣預(yù)防性試驗，并已經(jīng)成為確定產(chǎn)品質(zhì)量的重要條件之一。

第五，T型連接器本身可能存在氣泡、雜質(zhì)等制造缺陷，可能會導(dǎo)致T型連接器燒損。

4 工藝解決方案

（1）在安裝高壓套管緊固件時，緊固件安裝順序1和4、2和5、3和6對角緊固，并且可分幾次緊固，第一次6個緊固件分別用60%扭矩要求值緊固，第二次用80%扭矩要求值緊固，第三次用100%扭矩要求值緊固；（2）個別T型連接器本身可能存在制造缺陷，廠家應(yīng)該對T型連接器介質(zhì)進行針對性試驗并提供試驗報告；（3）操作者安裝T型連接器的熟練程度，也是絕緣硅脂涂抹能否均勻的關(guān)鍵，因此對于此項T型連接器安裝工藝必須有專人負(fù)責(zé)，并且此人需經(jīng)過全部的T型連接器安裝培訓(xùn)；（4）改善T型連接器安裝環(huán)境，避免在安裝T型連接器時進行其他工藝安裝，例如清潔T型連接器附件時，會導(dǎo)致灰塵落在絕緣硅脂上，導(dǎo)致T型連接器內(nèi)電場分布不均勻，最終形成電流放電或電流擊穿；（5）盡可能減少在絕緣硅脂中的空氣及油隙，使用改進的工藝方法，將圓滑細(xì)物和錐堵同時放到T型連接器內(nèi)，當(dāng)用扭矩扳手將錐堵完全緊固時，將扭矩扳手反向旋轉(zhuǎn)一圈，抽出圓滑細(xì)物，此時T型連接器內(nèi)空氣同時排出，在重新用扭矩扳手緊固錐堵。這樣T型連接器內(nèi)部空氣最大限度地排出，同時也解決了絕緣硅脂涂抹不均勻的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

通過以上的T型連接器燒損的原因分析，可以總結(jié)出防止T型連接器燒損的預(yù)防措施及改進措施，通過2013年以來對工藝措施的執(zhí)行效果驗證，基本消除了T型連接器燒損的現(xiàn)象。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：王 波）