電力機車電壓互感器在線監(jiān)測裝置的研究

楊建明，王傳芳，姜贊

(北京中車賽德鐵道電氣科技有限公司，北京 100176)

1 引言

電壓互感器是電力機車的一個重要電氣部件，是將接觸網電壓AC25kV按線性比例轉換為低電壓AC100V，并提供給機車的控制單元及計量單元，主要實現(xiàn)接觸網電壓測量、功率計量和保護功能。

電壓互感器自安裝運用，只能等到規(guī)定的周期進行檢修，來判斷電壓互感器的性能，無特征量來實時顯示電壓互感器的運行狀況及服役狀態(tài)。近年來連續(xù)發(fā)生了多起電壓互感器爆炸事故，給電力機車的安全運行帶來了隱患，并造成了重大損失。因此需研究分析電壓互感器的炸裂現(xiàn)象及原因，確定監(jiān)控各參數特征量，有效預防電壓互感器的炸裂事故，保障機車的安全運行。

2 電壓互感器的故障現(xiàn)象

電壓互感器內部結構及炸裂現(xiàn)象如圖1所示。

圖1 產品內部結構示意圖

從以上故障現(xiàn)象可以看出一次繞組的中部漆包線過熱及發(fā)黑嚴重，可以判定此處在電壓運行過程中發(fā)生了一次繞組層間或匝間短路，引起局部過熱，進而逐步破壞一次繞組漆包線的外絕緣。熱量積累的一定程度，使電壓互感器主絕緣徹底損壞，開裂，引起更大的電弧，產品對地擊穿。而此故障伴隨著電壓互感器一次繞組電流增加，二次繞組電壓異常升高。

圖2 燒損的一次繞組

3 在線監(jiān)測裝置電路設計

3.1 在線監(jiān)測裝置總體結構

在線監(jiān)測裝置利用電流傳感器、溫度傳感器采集一次繞組電流值、二次繞組末端溫度及電壓值，經信號保護電路、調理電路后進入單片機主控系統(tǒng)，通過計算，得出電壓互感器的繞組電流以及溫度的變化，通過RS485傳輸給機車控制單元，實時判斷電壓互感器的運行狀況，并且記錄存儲顯示相關特征量信息。

監(jiān)測裝置總體結構框圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)測裝置總體結構框圖

3.2 在線監(jiān)測裝置保護電路

圖4 監(jiān)測裝置保護電路

其中保護器件自恢復保險絲F2，防止過壓過流侵入信息采集電路，從而起到保護的作用；TVS3瞬態(tài)抑制二極管是限壓型過壓保護器件，當輸入信號電壓達到16.7V時，TVS3開始導通，保護后級電路不被燒毀；D12、D16二極管起電壓鉗位作用，將進入放大器的信號電壓鉗位在±(15V+VFM)，保障放大器穩(wěn)定工作。

4 在線監(jiān)測裝置實測數據

以某動車組用電壓互感器進行測試，其電氣規(guī)格如下:

額定一次電壓:25kV；額定二次電壓:100V；準確級及額定輸出:0.5級/20VA。

不同負載情況下，測試各電氣參數如表1所示。

表1 負載為20VA/cosφ=0.8

表2 負載為20VA/cosφ=1

表3 負載為40VA/cosφ=0.8

表4 負載cosφ=1

以上測試的二次繞組電流值隨二次繞組電壓線性遞增，一次繞組電流符合設計值，二次繞組溫升與設計值及型式試驗中電阻法測試值吻合。

5 結論

電壓互感器發(fā)生故障時的主要表現(xiàn)形式為一次繞組短路以及內部過熱，利用實時監(jiān)測一次繞組電流、二次繞組電壓以及溫度信息，可以直接反映出電壓互感器的運行狀況，具有可行性。在積累相關的運行數據后，進行相應的閾值設置，對保障互感器的安全運行具有重大意義。