HXD1 型機(jī)車25kV 高壓電纜總成接地線誤連接試驗(yàn)故障分析及問題處理

楊曉梅，范善仁

（1.中車洛陽機(jī)車有限公司，河南 洛陽 471002；2.鄭州宇通客車有限公司，河南 鄭州）

1 25kV 高壓電纜總成結(jié)構(gòu)原理

1.1 結(jié)構(gòu)原理

25kV 高壓電纜結(jié)構(gòu)原理。預(yù)制式終端組成的高壓電纜總成（如圖1 所示），主要是由電纜、T 型終端、預(yù)制式終端、電纜線卡和銘牌（廠家商標(biāo)）等組成，其預(yù)制式終端用于實(shí)現(xiàn)和車頂母線相連，T 形終端用于和車下的牽引變壓器相連接，主要特點(diǎn)是產(chǎn)品抗振性能較好，運(yùn)行可靠性較高[1]。

圖1 預(yù)制式終端電纜總成示意圖

1.2 5kV 高壓電纜引出接地線結(jié)構(gòu)原理

HXD1 型電力機(jī)車預(yù)制式終端電纜自身引出4根自帶接地線，在電纜T 型終端和法蘭框架處各2根，均為供應(yīng)商供貨時(shí)隨電纜自身攜帶（如圖2 所示）。根據(jù)圖3 所示的高壓電纜結(jié)構(gòu)圖[2]可以分析出，HXD1 型電力機(jī)車C6 修自身引出的四根接地線分別為：高壓電纜法蘭框架引出接地線1(自帶,耐克森廠家為扁銅編織線，泰科廠家為25mm2黃綠接地線）、屏蔽層與法蘭框架連接接地線2（自帶），屏蔽層引出接地線3（自帶），屏蔽層與T 型頭外罩連接接地線4（自帶）。

圖2 HXD1 型電力機(jī)車高壓電纜總成接地線引出方式

圖3 高壓電纜結(jié)構(gòu)圖

2 接地線誤連接引發(fā)的常見試驗(yàn)故障現(xiàn)象問題判斷及原因分析

2.1 試驗(yàn)故障現(xiàn)象一

1)故障現(xiàn)象。高壓絕緣耐壓試驗(yàn)時(shí)25kV 高壓電纜總成T 型頭處發(fā)出咝咝電流聲與爬電故障現(xiàn)象。

2.2 質(zhì)量問題分析與解決方案措施

2018 年10 月14 日晚HXD1 0063 機(jī)車在試驗(yàn)站高壓試驗(yàn)時(shí)，A 節(jié)車下T 型套管處有咝咝電流聲和爬電現(xiàn)象。經(jīng)與另一節(jié)電纜T 型套管對照查證，發(fā)現(xiàn)A 節(jié)T 型套管少一根黑色接地線，后來自制一根接地線連接后消除爬電故障。但該接地線應(yīng)為25kV 高壓電纜自帶接地線4，遂查看電纜銘牌廠家并與其工程師取得聯(lián)系，被確認(rèn)高壓電纜總成自帶的接地線不會(huì)少也不會(huì)丟失。

而在同期10 月15 日作業(yè)人員在段內(nèi)機(jī)車HXD1 0154 機(jī)車安裝電纜T 型頭時(shí)發(fā)現(xiàn)，該電纜T 型頭及終端處有三根接地線，隨發(fā)現(xiàn)段內(nèi)外兩個(gè)T 型護(hù)套的接地線連接形式不一致。后經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)兩個(gè)合格廠家（耐克森與泰克）的25kV 高壓電纜在T 型護(hù)套以及法蘭框架處接地線形式不一致，在電纜總成安裝時(shí)極易出現(xiàn)前后車混裝，所以造成0063機(jī)車車下T 型護(hù)套處少一根接地線。

圖4 （1）耐克森線纜銘牌標(biāo)識

圖4 （2）耐克森廠家T 型頭安裝接地線連接示意圖

（1）如圖4 所示為耐克森廠家的25kV 高壓電纜的接地線安裝形式，圖4（1）為耐克森廠家25kV高壓電纜銘牌商標(biāo)；圖4（2）為耐克森廠家T 型頭安裝接地線連接示意圖，其圖2 中的屏蔽層引出自帶接地線3 即為本圖中引出的接地線3 連接與車體上，圖2 中的屏蔽層與T 型頭護(hù)套外罩連接接地線4 即為該圖中T 型護(hù)套外罩引出的接地線4，直接與屏蔽層引出接地線3 連接于車體同一接地點(diǎn)上；其所配套使用的T 型頭套管實(shí)物如圖4（3）所示，T型護(hù)套外罩自帶一根黑色接地線4 與屏蔽層引出接地線3（車下終端T 型頭連接接線端制作從應(yīng)力管上方25kV 高壓電纜絕緣層與黑色防護(hù)套管之間抽出的一根黃綠接地線）連接于車體同一接地點(diǎn)上如圖4（4）所示。

（2）圖5 所示即為另一廠家泰科廠家的25kV高壓電纜總成接地線連接的安裝形式，圖5（1）為泰科廠家25kV 高壓電纜商標(biāo)銘牌；圖5（2）為泰科廠家的25kV 高壓電纜T 型頭安裝接地線連接示意圖，其接地線連接形式與圖2 完全吻合，所配套使用的兩根接地線都從車下終端T 型頭連接接線端制作的應(yīng)力管上方25kV 高壓電纜絕緣層與黑色防護(hù)套管之間抽出，兩根抽頭引出接地線：黃綠接地線為屏蔽層引出接地線3 直接連接于車體上，黑色接地線為屏蔽層與T 型頭外罩連接自帶接地線4 連接在T 型護(hù)套的接地安裝點(diǎn)上；實(shí)物安裝完成后如圖5（3）所示。

圖4 （3）耐克森廠家配套T 型套管

圖4 （4）車下終端T 型護(hù)套安裝后

圖5 （1）泰科廠家線纜銘牌標(biāo)識

圖5 （2）泰科T 型頭安裝接地線連接示意圖

圖5 （3）車下終端T 型護(hù)套安裝后

2.2 試驗(yàn)故障現(xiàn)象二

1）故障現(xiàn)象。HXD1 0154 機(jī)車于2018 年11月5 日公司檢修回段，于2018 年12 月5 日由于TCU 原邊電流差動(dòng)保護(hù)、跳主斷引發(fā)機(jī)破，隨公司對內(nèi)部多臺(tái)進(jìn)入試驗(yàn)階段的HXD1 機(jī)車在試驗(yàn)廠線正線進(jìn)行跟蹤檢查，而發(fā)現(xiàn)檢修后的機(jī)車都存在接地電流比原邊電流大，并且隨著原邊電流的增大差值越來越大。

由于高壓電纜總成兩根屏蔽層接地線都接地引起C6 修機(jī)車批量出現(xiàn)接地電流大于原邊電流，且隨著原邊電流的增大差值越來越大引起TCU 原邊電流差動(dòng)保護(hù)、跳主斷的故障現(xiàn)象。針對此故障現(xiàn)象，事業(yè)部電氣工段同步對兩臺(tái)機(jī)車的電流互感器進(jìn)行了性能試驗(yàn)后，其實(shí)際最大電流差值均在7.5A 以內(nèi)，故先排除非電流互感器故障原因。

2）原因分析。此種情況在HXD1 機(jī)車二年檢試驗(yàn)過程從未發(fā)生，所以先分析到由原來雙T 型頭式的高壓電纜總成變更為單T 型頭式的25kV 高壓電纜總成，但該種電纜在HXD1B 與 HXD1C 機(jī)車中大量運(yùn)用，可滿足大功率機(jī)車正常使用，并無性能問題，最后分析到車頂部25kV 高壓電纜所連接的接地線發(fā)生了變化。HXD1 機(jī)車原設(shè)計(jì)雙T 型頭式高壓電纜，其頂部接地線連接形式如圖6（1）所示，從T 型護(hù)套直接引出連接于頂部車體上，相當(dāng)于圖2 中的頂部T 型護(hù)套外罩（變更后法蘭框架）引出接地線1，沒有屏蔽層與T 型護(hù)套外罩（法蘭框架）連接接地線2；圖6（2）所示為變更后的25kV 高壓電纜，與6（1）對比多一根屏蔽層至法蘭框架的接地線2（圖中用綠色橢圓標(biāo)注的接地線），即屏蔽層接地電纜由單根變成了上下兩根同時(shí)接地，導(dǎo)致屏蔽線纜與車體直接形成回路。

圖6 （1）原設(shè)計(jì)車頂穿墻管處接地線連接方式

圖6 （2）變更后車頂法蘭處接地線連接方式

通過圖6（1）與圖6（1）高壓電纜結(jié)構(gòu)圖分析，變更后的25kV 高壓電纜總成接地線連接形式即為屏蔽層接地電纜由原設(shè)計(jì)的單根變成了上下兩根同時(shí)接地，導(dǎo)致屏蔽線纜與車體之間直接形成了回路。在高壓電纜通過原邊電流時(shí)，屏蔽層、接地線、車體形成的回路中產(chǎn)生了一個(gè)與原邊電流相反的感應(yīng)電流，且電流值會(huì)隨著原邊電流增大而增大。原邊電流互感器感應(yīng)的電流為高壓電纜主芯的原邊電流和屏蔽層的電流和，從而原邊電流互感器感應(yīng)電流會(huì)減小，當(dāng)原邊電流值大到一定程度時(shí)，TCU檢測到的原邊電流就會(huì)比接地電流小超過30A，從而引起TCU 跳主斷保護(hù)。

為驗(yàn)證上述理論結(jié)果是否成立，25kV 高壓電纜兩端屏蔽層均接地是導(dǎo)致該試驗(yàn)故障的要因，我們特對公司內(nèi)部的機(jī)車分別進(jìn)行屏蔽層引出接地線2與3 都接地和一端接地分別進(jìn)行試驗(yàn)加以驗(yàn)證：

如圖7 所示，機(jī)車高壓電纜總成屏蔽層引出接地線在主變A 端子和車頂穿墻瓷瓶法蘭框架處分別均有接地的情況下，采集的機(jī)車原邊電流和回流電流的情況。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖可以看出，在機(jī)車速度為40km/h，牽引力為100.75kN，原邊電流為99A，回流電流為111A，原邊電流比回流電流低12A。

圖7 高壓電纜總成屏蔽層引出接地線兩端均接地試驗(yàn)情況

如圖8 所示，機(jī)車高壓電纜總成屏蔽層引出接地線僅在主變A 端子處接地的情況下，采集的機(jī)車原邊電流和回流電流的情況。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖可以看出，可以看出，在機(jī)車速度為62km/h，牽引力為100kN，原邊電流和回流電流均為156A 左右，相差很小。

圖8 高壓電纜總成屏蔽層引出接地線僅A 端子處接地試驗(yàn)情況

通過上述試驗(yàn)驗(yàn)證示意圖，將高壓電纜在穿墻瓷瓶法蘭框架處將圖2 中標(biāo)識的接地線2 拆除前后，分別對機(jī)車原邊電流和回流電流進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，將接地線2 拆除后，原邊電流和回流電流一致，基本沒有差別。分析其原因，由于高壓電纜的屏蔽層分別在主變A 端子和頂蓋穿墻瓷瓶處兩點(diǎn)接地，這樣在電纜中出現(xiàn)大電流時(shí)，根據(jù)楞次定律，會(huì)在屏蔽層中感應(yīng)出方向相反的電流，這樣在傳感器測量時(shí)就會(huì)將真實(shí)的電流減小，出現(xiàn)原邊電流比回流電流低，并隨著電流的增大其差值也越大[3]。

3 杜絕檢修25kV 高壓電纜接地線誤接故障的處理措施

3.1 對試驗(yàn)故障1 的處理措施

優(yōu)化電纜總成T 型套管安裝流程

（1）25kV 高壓電纜總成新品接收時(shí)，在查看高壓電纜的外觀狀態(tài)符合工藝要求、各件齊全完整的情況下，由檢修接件人員在高壓電纜盛放箱、高壓電纜、T型護(hù)套上做好車號與節(jié)號的標(biāo)識，做標(biāo)識時(shí)需注意一臺(tái)車的25kV 高壓電纜、T 型護(hù)套必須是同一個(gè)廠家。

（2）安裝人員在T 型護(hù)套安裝時(shí)，核查廠家名牌與標(biāo)注的車號與節(jié)號的T 型護(hù)套是否為同一廠家，即核實(shí)主變A 端子處連接地接地線為兩根即圖2 所示的接地線3 和接地線4，如有其他情況均為異常情況須在前工序核實(shí)處理，避免造成試驗(yàn)故障。并在安裝前、安裝過程中注意對T 型頭終端以及護(hù)套的清潔防護(hù)，安裝完畢用干凈的塑料布防護(hù)，避免吸附塵?；蚪饘兕w?；虿桓蓛魩淼钠渌囼?yàn)放電隱患。且高壓電纜布線與T 型護(hù)套安裝兩個(gè)工序作業(yè)需連接在一起進(jìn)行，避免中間停滯時(shí)間長出現(xiàn)安裝錯(cuò)誤。

這個(gè)流程解決了目前25kV 高壓電纜總成安裝中存在的兩個(gè)問題：(1) 布線作業(yè)25kV 高壓電纜裝車與接線作業(yè)T 型頭套管安裝時(shí)間間隔長、T 型頭護(hù)套V 庫管理三個(gè)作業(yè)之間的T 型頭套管與安裝電纜廠家不一致問題；(2)T 型頭護(hù)套作業(yè)者快速識別領(lǐng)用配套的T 型頭護(hù)套。

3.2 對試驗(yàn)故障2 的處理措施

對于廠家供貨的25kV 高壓電纜總成，作業(yè)人員在25kV 高壓電纜接收驗(yàn)收時(shí)將其自帶的接地線2 在法蘭框架出拆除后并做絕緣包扎防護(hù)，確保高壓電纜連接安裝過程中的接地保護(hù)層只單端接地，消除其引起差動(dòng)電流保護(hù)的故障。