對SS4型電力機車牽引變壓器氣相色譜法故障診斷注意值的探討

摘 要：要完全沿用地面變壓器的故障預測標準，很難對SS4型電力機車變壓器（動態(tài)開放式）潛伏性故障作出正確判斷，為此作者根據(jù)多年的現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，提出了對SS4型電力機車氣相色譜法故障診斷注意值的修改意見，供大家探討。

關(guān)鍵詞：SS4型電力機車；色譜分析；故障診斷注意值

1 概述

現(xiàn)在對電力機車所用的氣相色譜分析判斷標準，是沿用變電站、供電段等地面變壓器的分析標準，它對機車變壓器（動態(tài)開放式）做出的故障預報經(jīng)常與實際情況出入較大。

2 變壓器結(jié)構(gòu)和故障診斷的關(guān)系

電力機車使用的牽引變壓器是開放式變壓器。所謂開放式變壓器就是變壓器油與大氣相通的形式（經(jīng)吸濕器），因此有時也稱這種變壓器為自由呼吸式變壓器。電力機車牽引變壓器及容量一般在500KVA以下的電力變壓器都屬于這類變壓器。

目前我國電氣化鐵路上作為牽引動力的電力機車型號較多，同時由于牽引動力的需要，電力機車的功率大小不一，因此作為電力機車變壓器的容量也不同，變壓器的結(jié)構(gòu)也存在著一定的差異；機車一般采用單相降壓變壓器，變壓器的結(jié)構(gòu)主要由鐵芯、線圈、油箱、油保護裝置、冷卻系統(tǒng)和套管等組成。我們所要研究的是變壓器的一般結(jié)構(gòu)與內(nèi)部故障所產(chǎn)生的特征氣體的關(guān)系，具體的是指變壓器油保護方式及變壓器油循環(huán)系統(tǒng)與內(nèi)部（磁路、導電回路等）故障的聯(lián)系，這對于我們判斷機車牽引變壓器故障是重要的，同時故障部位的準確診斷也為檢修提供了可靠的范圍。

（1）鐵芯：機車變壓器的鐵芯為芯式結(jié)構(gòu)，由冷軋硅鋼板構(gòu)成鐵芯，鐵芯用夾件夾緊，夾件與硅鋼片之間有油道以作為絕緣和冷卻油流路徑，鐵芯接地點由接地片與壓釘相連，正常運行狀態(tài)下，變壓器鐵芯產(chǎn)生一定溫升是允許的（渦流一定時），這時變壓器油中特征氣體的含量比較低，如果變壓器鐵芯夾件松動或硅鋼片材質(zhì)、工藝質(zhì)量出現(xiàn)問題（如鐵芯渦流過大），就會產(chǎn)生較高的溫度，因此變壓器油中特征氣體的含量就高于正常狀態(tài)下的含量（其中一個顯著特征是油中乙烯含量的增加），此外變壓器鐵芯只允許一點接地，即變壓器設(shè)計上接地片與壓釘相連點，如果另出現(xiàn)接地點（如金屬件脫落在鐵芯與外殼或接地處）時，也會產(chǎn)生上述異常情況。這類故障大多屬于熱性故障或稱磁路故障。

（2）線圈：線圈也稱繞組，機車變壓器線圈一般由高壓線圈、牽引線圈和輔助線圈組成，正常狀態(tài)下變壓器線圈發(fā)熱的溫度是一定的，并由此產(chǎn)生的特征氣體的種類和含量都是一定的。如果變壓器線圈漏磁過大或產(chǎn)生環(huán)流，則線圈產(chǎn)生的溫度就高于正常狀態(tài)下的溫度，此時變壓器油中特征氣體的含量就會增加，其中乙烯和一氧化碳含量的增加比較顯著，這是由于乙烯是變壓器油過熱的產(chǎn)物，而一氧化碳則是固體絕緣材料（線圈或者匝、層間的絕緣紙）裂解的產(chǎn)物，當線圈過熱嚴重且時間較長就會導致匝、層間絕緣破壞，最終出現(xiàn)線圈匝、層間擊穿或短路（往往是熱性故障的最終表現(xiàn)形式），同時產(chǎn)生電弧放電的特征氣體——乙炔，乙炔的出現(xiàn)標志故障點的溫度高于1000℃。一般來說，變壓器線圈出現(xiàn)故障時變壓器油中一氧化碳的含量比較高，因此變壓器內(nèi)部出現(xiàn)電弧放電時的特征氣體乙炔時，通常根據(jù)變壓器油中一氧化碳的含量來判斷故障是否涉及固體絕緣材料（大多情況下指線圈），而實質(zhì)上是過熱引起固體絕緣劣化，導致絕緣擊穿。

（3）油保護裝置：機車變壓器油保護裝置一般包括儲油柜、油表、吸濕器、溫度計、凈油器及油流裝置等組成。對于變壓器油中溶解氣體分析及診斷技術(shù)，我們現(xiàn)在還是沿用變電站、供電段等地面變壓器的分析標準，它對機車變壓器（動態(tài)、開放式）做出的故障預報經(jīng)常與實際情況出入較大。機車變壓器不僅具有開放變壓器的特征，而且具有動態(tài)運行的特殊性，因此變壓器油中溶解氣體的變化及規(guī)律更難以掌握，顯然研究機車變壓器油中特征氣體具有現(xiàn)實意義。

（4）冷卻系統(tǒng)：機車變壓器采用強迫導向油循環(huán)風冷（即OFAF），由于機車容積及運行的特殊性，機車變壓器油箱與冷卻器（散熱器）之間上端由蝶閥，油流繼電器，潛油泵連接，下端由蝶閥連接，通風機安裝在冷卻器上，因此變壓器油循環(huán)是依靠潛油泵來完成的，顯然，當變壓器潛油泵發(fā)生電氣故障時其表現(xiàn)形式及故障特征與變壓器幾乎無差異！因此這是值得注意的情況，我們不能因為潛油泵的故障而對變壓器產(chǎn)生誤判斷。

由以上內(nèi)容了解到了變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及出現(xiàn)故障時油中溶解氣體的特征，下面就對SS4型電力機車變壓器油氣相色譜分析注意值給出改進建議。

3 對洛陽機務段2013年1月至2016年1月配屬的82臺SS4型機車的氣相色譜統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析

3.1 SS4型電力機車數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

洛陽機務段2013年1月至2016年1月配屬的82臺SS4型機車的605次數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析如表1-表3所示。

從上表的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析來看：若將乙炔的注意值由大于5μL/L提高到大于15μL/L；總烴的注意值由大于150μL/L提高到大于400μL/L，它的預報準確率會分別由4.3%上升到28.1%和由5.7%上升到24.1%，并且還不會漏報，這樣可大大減少檢修人員的工作量。

3.2 建議對SS4型機車變壓器油中溶解氣體的注意值進行調(diào)整

從洛陽機務段2013年1月至2016年1月，三年間82臺SS4型機車變壓器油的605次分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，H2<150μL/L 、C2H2<15μL/L、總烴<400μL/L、各組分絕對產(chǎn)氣率及總烴相對產(chǎn)氣率變化不顯著時均未發(fā)現(xiàn)故障。

所以，結(jié)合以上數(shù)據(jù)分析，參考IEC三比值法及GB/T 7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，建議對SS4型機車變壓器油中溶解氣體采用如下注意值比較合適。

總烴：≥400μL/L 乙炔：≥15μL/L 氫氣：<150μL/L

絕對產(chǎn)氣速率和相對產(chǎn)氣速率仍參照GB/T 7252-2001執(zhí)行。

參考文獻

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[3]GB/T 7252-2001.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].

[4]何宏群，陳應川，季建鄭，等.關(guān)于電力機車主變壓器油中特征氣體的研究（上）[J].變壓器.

作者簡介：王公社（1962-），漢族，陜西禮泉縣人，職務：化驗室主任。