HXD1D型機(jī)車主變壓器故障防治

佘朝海 劉安龍

摘? 要：HXD1D型機(jī)車主變壓器為機(jī)車本身和牽引車輛提供轉(zhuǎn)換后的電能，在機(jī)車上占據(jù)非常重要的作用，其包含很多附屬保護(hù)裝置，如油流繼電器、溫度傳感器、壓力釋放閥、布赫繼電器等，這些傳感器起到保護(hù)主變壓器始終處于正常工作狀態(tài)的作用。在機(jī)車實(shí)際運(yùn)用中，該段發(fā)生了很多非主變壓器本身故障，而附屬保護(hù)裝置起保護(hù)引發(fā)的機(jī)破，影響了機(jī)車的正常運(yùn)行。該文就如何防治主變壓器附屬保護(hù)裝置動(dòng)作進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：HXD1D機(jī)車? ?主變壓器? ?壓力釋放閥? ?布赫繼電器? ?機(jī)破

中圖分類號(hào)：U269.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）07（c）-0053-03

Abstract： HXD1D locomotive main transformer provides converted electric energy for the locomotive itself and traction vehicles， and plays a very important role in the locomotive. It contains many auxiliary protection devices， such as oil flow relay， temperature sensor， pressure release valve， Bucher relay， etc. These sensors protect the main transformer from always working normally. In the actual application of the locomotive， many non main transformer faults have occurred in this section， and the auxiliary protection device has locomotive failure caused by protection， which affects the normal operation of the locomotive. This paper studies how to prevent the action of auxiliary protection device of main transformer.

Key Words： HXD1D locomotive; Main transformer; Pressure relief valve; Bucher relay; locomotive failure

HXD1D型機(jī)車是我國(guó)客運(yùn)牽引動(dòng)力主力機(jī)型之一，由中車株洲電力機(jī)車有限公司研制，為交流傳動(dòng)六軸7 200 kW，最高速度可達(dá)160 km/h。

主變壓器型號(hào)為：TBQ44-9900/25型，用來(lái)把接觸網(wǎng)上取得的25 kV高壓電變換為各種類型低壓電，以滿足機(jī)車上牽引電機(jī)和其他輔助電氣的工作需要。變壓器為臥式安裝，吊掛在車體下。主變壓器為心式變壓器。采用A級(jí)絕緣和普通礦物油[1]。由壓力釋放閥、油流繼電器、電阻溫度計(jì)、布赫繼電器相互作用，為主變壓器的安全可靠運(yùn)用提供保護(hù)。

1? 問(wèn)題的提出

2016年2月27日，該段HXD1D0269機(jī)車因主變壓力釋放閥動(dòng)作，主斷合不上，影響列車1小時(shí)45分，造成機(jī)破。原因?yàn)橹髯儔浩鲏毫︶尫砰y開(kāi)關(guān)連鎖內(nèi)部斷路不通。

2016年3月1日，該段HXD1D0014機(jī)車因主變壓力釋放閥動(dòng)作，主斷合不上，影響列車54分，造成機(jī)破。原因?yàn)橹髯儔浩鲏毫︶尫砰y開(kāi)關(guān)連鎖內(nèi)部斷路不通。

2017年7月20日，該段HXD1D0006機(jī)車因主變壓力釋放閥動(dòng)作，主斷合不上，影響列車1小時(shí)33分，造成機(jī)破。原因?yàn)槟硻z修段因主變壓器排氣范圍執(zhí)行不徹底，主變壓器油二氧化碳含量較大，機(jī)車運(yùn)行中主變壓器油流動(dòng)，油中所含的二氧化碳析出，導(dǎo)致主變油箱內(nèi)部壓力增大，超過(guò)主變壓力釋放閥動(dòng)作值（70 kPa），壓力釋放閥動(dòng)作。

2018年7月12日，該段HXD1D0003機(jī)車因布赫繼電器警告，重慶換車，影響列車19分，造成機(jī)破。原因?yàn)槟硻z修段因主變壓器排氣范圍執(zhí)行不徹底，造成氣體進(jìn)入布赫繼電器，上浮球下沉，布赫繼電器動(dòng)作。

2? 防治壓力釋放閥動(dòng)作研究

壓力釋放閥作為變壓器核心保護(hù)裝置，它的作用是當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部因某種故障而使壓力急劇增大、其壓力達(dá)到標(biāo)定值時(shí)，壓力釋放閥能迅速開(kāi)啟釋放，從而防止變壓器油箱破裂或爆炸[2]。

該段在2016年及2017年發(fā)生3件因壓力釋放閥動(dòng)作引發(fā)的機(jī)破，這3件壓力釋放閥動(dòng)作產(chǎn)生的原因，均不是因?yàn)橹髯儔浩鲀?nèi)部繞組故障引發(fā)的壓力釋放閥動(dòng)作。

分析這3起壓力釋放閥動(dòng)作原因如下：（1）主變壓器壓力釋放閥開(kāi)關(guān)連鎖內(nèi)部斷路導(dǎo)致動(dòng)作。（2）更換油泵等部件后，空氣進(jìn)入主變壓器，修程中主變壓器排氣不徹底，箱體上部氣體過(guò)多，運(yùn)行途中主變油內(nèi)二氧化碳析出，主變壓器器體內(nèi)部壓力過(guò)大導(dǎo)致壓力釋放閥動(dòng)作。

2.1 主變壓器壓力釋放閥開(kāi)關(guān)連鎖內(nèi)部斷路故障防治

針對(duì)HXD1D0269及HXD1D0014主變壓器壓力釋放閥開(kāi)關(guān)連鎖內(nèi)部斷路。造成壓力釋放閥動(dòng)作。該段進(jìn)行了徹底研究，打開(kāi)壓力釋放閥微動(dòng)開(kāi)關(guān)保護(hù)蓋，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部較臟。該段又對(duì)其他HXD1D型機(jī)車壓力釋放閥微動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)部分壓力釋放閥微動(dòng)開(kāi)關(guān)內(nèi)部較臟，部分微動(dòng)開(kāi)關(guān)內(nèi)還有水跡[3]。原因?yàn)樗畯奈?dòng)開(kāi)關(guān)接線盒流入壓力釋放閥簧片，長(zhǎng)期作用下，簧片失效，使壓力釋放閥開(kāi)關(guān)連鎖內(nèi)部斷路不通，見(jiàn)圖1。

壓力釋放閥及其微動(dòng)開(kāi)關(guān)在安裝設(shè)計(jì)上，容易進(jìn)水，存在以下問(wèn)題：（1）壓力釋放閥微動(dòng)開(kāi)關(guān)蓋板防水性不強(qiáng)。（2）機(jī)械間處線槽未密封，水可從車體機(jī)械間線孔流入線管進(jìn)入微動(dòng)開(kāi)關(guān)接線盒。

防治措施為如下改進(jìn)：一是對(duì)壓力釋放閥微動(dòng)開(kāi)關(guān)保護(hù)蓋進(jìn)行了打膠密封防水處理;二是將進(jìn)入壓力釋放閥的線管分叉處進(jìn)行灌膠處理，防止從機(jī)械間流下的水進(jìn)入接線盒;三是在機(jī)械間線槽處打膠。具體見(jiàn)圖2、圖3。執(zhí)行上述3個(gè)措施后，壓力釋放閥微動(dòng)開(kāi)關(guān)接線盒內(nèi)干凈，水無(wú)法進(jìn)入接線盒，也沒(méi)有因壓力釋放閥開(kāi)關(guān)連鎖內(nèi)部斷路不通而引發(fā)機(jī)破。

2.2 主變壓器內(nèi)部氣體過(guò)多防治

HXD1D0006機(jī)車為經(jīng)過(guò)某檢修段C5修程檢修后走行28 000 km即發(fā)生壓力釋放閥動(dòng)作而機(jī)破，通過(guò)對(duì)該故障進(jìn)行調(diào)查分析，原因?yàn)橹髯儔浩饔捅酶鼡Q處理過(guò)程中，主變壓器油泵及管路內(nèi)殘留氣體，氣體在未及時(shí)排出的情況下，隨主變壓器油循環(huán)進(jìn)入主變壓器箱體內(nèi)，并上浮形成空氣氣泡，伴有大量氣泡聚集粘附在主變壓器內(nèi)高壓繞組線圈及電抗器側(cè)。當(dāng)機(jī)車大功率運(yùn)行時(shí)高壓繞組側(cè)持續(xù)發(fā)熱升溫，因高壓繞組線圈及電抗器側(cè)空氣膨脹速度比油快，導(dǎo)致箱體內(nèi)壓力急劇上升，超出壓力釋放閥壓力開(kāi)啟值（70 kPa），壓力釋放閥動(dòng)作[4]。

防治措施：一方面，該段督促某檢修段在做高級(jí)修程時(shí)加強(qiáng)對(duì)主變壓器排氣過(guò)程的卡控。另一方面，該段在更換油泵、復(fù)合冷卻塔等主變壓器附屬部件，作業(yè)完畢后，嚴(yán)格按照主變壓器排氣流程進(jìn)行排氣。

3? 防治布赫繼電器動(dòng)作研究

布赫繼電器工作原理為，當(dāng)主變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，產(chǎn)生的電弧使絕緣材料分解，產(chǎn)生大量氣體或造成油流沖動(dòng)，使布赫繼電器上浮子或者下浮子下沉，布赫繼電器的接點(diǎn)動(dòng)作，并及時(shí)向機(jī)車中央處理器 VCM 發(fā)出信號(hào)，機(jī)車將報(bào)“布赫繼電器警告”或者“布赫繼電器報(bào)警”，當(dāng)“布赫繼電器報(bào)警”時(shí)，機(jī)車跳主斷。

對(duì)該段機(jī)車在運(yùn)用過(guò)程中布赫繼電器報(bào)警原因進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，具體見(jiàn)表1。

從表1可以看出，都是由于因蝶閥開(kāi)啟不到位或主變內(nèi)部氣體過(guò)多引起布赫繼電器報(bào)警。沒(méi)有因主變本身故障，電弧產(chǎn)生大量氣體或造成油流沖動(dòng)使布赫繼電器報(bào)警。

3.1 蝶閥開(kāi)啟不到位引起布赫繼電器動(dòng)作防治

在更換油泵、油流繼電器等主變壓器附屬部件時(shí)，需要將主變油管路蝶閥關(guān)閉，在恢復(fù)時(shí)，可能存在人為原因未將蝶閥開(kāi)啟到位。機(jī)車運(yùn)行中，油泵工作，如果蝶閥開(kāi)啟不到位，將會(huì)在流動(dòng)的主變油間形成擋板，產(chǎn)生“空化現(xiàn)象”，形成氣體。這種現(xiàn)象與潛艇螺旋槳在水里轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生氣體原理是一樣的。產(chǎn)生的氣體通過(guò)補(bǔ)償油管，進(jìn)入布赫繼電器，使布赫繼電器上下浮子下沉，造成布赫繼電器動(dòng)作[5]。

防治措施：該段在日常整備及小輔修過(guò)程中加強(qiáng)了對(duì)主變壓器蝶閥的狀態(tài)檢查，發(fā)現(xiàn)蝶閥處理半開(kāi)位，蝶閥鎖緊螺帽未緊固等情況，及時(shí)進(jìn)行處置。

3.2 主變壓器內(nèi)氣體過(guò)多引起布赫繼電器動(dòng)作防治

主變壓器內(nèi)氣體過(guò)多，一方面會(huì)引起壓力釋放閥動(dòng)作，另一方面氣體從補(bǔ)償油管進(jìn)入布赫繼電器，也會(huì)引起布赫繼電器動(dòng)作。

防治措施：在更換油泵、復(fù)合冷卻塔等主變壓器附屬部件，作業(yè)完畢后，嚴(yán)格按照主變壓器排氣流程進(jìn)行排氣。

4? 主變油溫高防治

HXD1D型機(jī)車設(shè)有兩個(gè)PT100溫度傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)主變壓器油溫。機(jī)車油泵帶動(dòng)油循環(huán)進(jìn)入復(fù)合冷卻塔進(jìn)行油冷卻。如果主變油溫高，會(huì)引起HXD1D型機(jī)車主變油溫保護(hù)跳主斷。

防治措施：整備時(shí)測(cè)量復(fù)合冷卻塔出風(fēng)口風(fēng)速，風(fēng)速應(yīng)高于8 m/s，否則對(duì)復(fù)合冷卻塔散熱器進(jìn)行清洗。在C1/C2/C3修程中對(duì)復(fù)合冷卻塔進(jìn)行清洗。整備及小輔修修程中加強(qiáng)對(duì)油流繼電器工作狀態(tài)的檢查。

5? 主變壓器本身故障防治

主變壓器繞組本身故障率較低?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)主變油進(jìn)行色譜及耐壓化驗(yàn)分析主變壓器油或者繞組是否存在問(wèn)題[6]。

防治措施：在C3修程及更換油泵、復(fù)合冷卻塔等主變壓器附屬裝置補(bǔ)油后，對(duì)主變壓器油進(jìn)行化驗(yàn)分析。

6? 措施效果

通過(guò)對(duì)HXD1D型機(jī)車壓力釋放閥進(jìn)行改進(jìn)，加強(qiáng)對(duì)主變油管路蝶閥狀態(tài)的檢查，加強(qiáng)對(duì)主變壓器排氣過(guò)程卡控等措施的落實(shí)，該段2019年沒(méi)有發(fā)生因主變壓器故障造成的臨修或者機(jī)破，取得了很好的效果。

參考文獻(xiàn)

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