SS4型電力機(jī)車主變壓器的檢測分析及故障診斷

1、SS4型電力機(jī)車主變壓器的檢測分析及故障診斷學(xué) 院 名 稱：專 業(yè) 名 稱：年 級 班 別：姓 名：指 導(dǎo) 教 師：目 錄摘要31.SS4型電力機(jī)車主變壓器的特點(diǎn)以及組成31.1 SS4型電力機(jī)車主變壓器特點(diǎn):31.2 SS4型電力機(jī)車主變壓器的組成42. SS4型電力機(jī)車主變壓器運(yùn)行檢修概況及色譜分析檢測情況52.1 SS4型電力機(jī)車主變壓器運(yùn)行檢修概況52.2 色譜分析檢測情況53 變壓器油箱內(nèi)電器設(shè)備故障的診斷及處理檢查63.1 故障發(fā)展趨勢分析63.2 故障性質(zhì)的診斷、處理及檢查64 結(jié)束語74.1 SS4型電力機(jī)車主變壓器油箱內(nèi)電器故障診斷的特殊性及討論74.2 強(qiáng)化油中溶解氣體分析

2、（DGA）跟蹤檢測工作7參考文獻(xiàn)：8摘要主變壓器(又稱為牽引變壓器),是交-直流傳動電力機(jī)車中的重要電器設(shè)備,用來將接觸網(wǎng)上取得的單相工頻交流25KV高壓電降為機(jī)車各電路所需的電壓.主變壓器的工作原理與普通單相降壓電力變壓器基本相同,但由于其工作條件特殊,特別是為了滿足機(jī)車調(diào)壓,整流電路的特殊要求,故在主變壓器的設(shè)計及結(jié)構(gòu)型式上均有自身的特點(diǎn).目前，采用溶解氣體分析法（簡稱DGA）檢測變壓器油中溶解氣體，對主變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷是維護(hù)變壓器安全的重要手段。以前的資料介紹過SS1、SS3型機(jī)車主變壓器內(nèi)部故障的診斷實(shí)例。但是，對于應(yīng)用較多、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的SS4型電力機(jī)車主變壓器故障的診斷實(shí)例未

3、見過報道。本文就是基于這樣的原因，首先闡述了SS4型電力動車主變壓器的特點(diǎn)及組成，然后敘述了SS4型電力機(jī)車變壓器運(yùn)行檢修概況及色譜分析檢測情況，然后再闡述變壓器油箱內(nèi)電器設(shè)備故障的診斷及處理檢查，最后得出SS4型電力機(jī)車主變壓器油箱內(nèi)電器故障診斷的特殊性及討論.關(guān)鍵詞：主變壓器 溶解氣體 色譜分析 1. SS4型電力機(jī)車主變壓器的特點(diǎn)以及組成1.1 SS4型電力機(jī)車主變壓器特點(diǎn):(1)繞組多 為滿足機(jī)車調(diào)壓及輔助設(shè)備用電的需要,主變壓器除同側(cè)高壓繞組外,二次側(cè)低壓繞組有:牽引繞組,輔助繞組,勵磁繞組及采暖繞組等多個繞組,有的繞組還有多個抽頭.為保證各繞組之間耦合程度適當(dāng),有些繞組還需交叉布置

4、,這就給繞組的繞制和裝配帶來一定的難度.(2)電壓波動范圍大 我國干線電氣化鐵道接觸網(wǎng)的額定電壓為()KV,即允許電網(wǎng)電壓在 19-29KV范圍內(nèi)波動,這就要求主變壓器的鐵心和繞組絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)留有足夠的裕量,磁路的磁通密度不能過高,以滿足高網(wǎng)壓下正常工作的要求.(3)負(fù)載變化大 隨著機(jī)車運(yùn)行條件的變化,主變壓器的負(fù)載變化范圍很大,這就要求主變壓器應(yīng)能承受較大的負(fù)載變化,并具有一定的過載能力,以保證機(jī)車可靠運(yùn)行.(4)耐振動 機(jī)車運(yùn)行中產(chǎn)生的沖擊和振動將不可避免地傳給主變壓器,這就要求主變壓器各部件應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,所有連接緊固件應(yīng)有防松裝置.(5)對阻抗電壓要求高 因主變壓器二次側(cè)繞組有

5、較高的短路故障機(jī)率,故繞組抽頭間的阻抗電壓不能太小,以滿足機(jī)車對調(diào)壓整流電路和短路保護(hù)的要求.(6)重量輕,體積小,用銅多 為滿足機(jī)車總體布置及減輕自重的需要,主變壓器與同容量的電力變壓器相比,應(yīng)具有較輕的重量和較小的體積.這就要求主變壓器在設(shè)計上采用鋼導(dǎo)線,高導(dǎo)磁率的冷軋電工鋼片,強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻;工藝上采用真空干燥,真空注油等措施,來減輕重量和縮小體積.由于變壓器繞組多,容量大,故用鋼量特別多.通常,一般電力變壓器的銅重與鐵重之比為1:4左右;而主變壓器一般為1:2,有的甚至達(dá)到1:1.用鋼量多不但使主變壓器造價高,而且還使冷卻困難,冷卻器龐大,這不利于變壓器的輕量化.1.2 SS4型電力機(jī)

6、車主變壓器的組成主變壓器由器身,油箱,保護(hù)裝置,冷卻系統(tǒng)和出線裝置等部件組成. (1) 器身由鐵心,繞組(線圈),器身絕緣和引線裝置等組成.(2) 油箱是油浸式主變壓器的外殼,變壓器的器身就放在充滿變壓器油的油箱內(nèi).對油箱的基本要求是:(1)在保證內(nèi)部必要的絕緣距離條件下,盡可能減小體積,以節(jié)約用油;(2)應(yīng)具有必要的真空強(qiáng)度,以便在檢修時能利用油箱進(jìn)行真空干燥;(3)油箱外部各種附件的布置應(yīng)便于安裝和維護(hù). 變壓器的器身放在充滿變壓器油的油箱中.由于主變壓器與平波電抗器共用油箱,下油箱形狀呈凸字形,大腔用于安裝主變壓器的器身,小腔用于安裝平波電抗器.兩腔之間設(shè)置一塊鋁板,用以隔磁.下油箱由鋼

7、板焊接而成.在油箱壁上焊有吊攀,用以起吊整臺變壓器,油箱壁上焊有安裝板,安裝板上有安裝孔,用螺栓通過橡膠墊把變壓器固定在車體上.箱壁四周焊有一些加強(qiáng)筋板.箱壁上裝有壓力釋放閥,以便迅速排出箱內(nèi)過高的壓力.另外,在箱壁上還開有冷卻系統(tǒng)的進(jìn)出口管道,油冷卻器就安裝或固定在箱壁上.油箱上裝有油管,用于接通油路.在油箱壁的下部裝有50活門和一個油樣活門,50活門用于注油,濾油和放油;油樣活門用于取油樣,以對變壓器油進(jìn)行化驗(yàn).油箱壁上裝有壓力釋放閥.箱底的鋼板上設(shè)置多個定位釘,以對變壓器,平波電抗器定位.箱底上設(shè)有放油塞,用于放凈箱底殘存的變壓器油.箱壁多處開有長方形孔,上部的方孔是安裝出線裝置用的,下

8、部的方孔是作為手孔用的,用于平波電抗器的底部安裝. (3) 變壓器油是從石油中提煉出來的優(yōu)質(zhì)礦物油.在油浸式變壓器中,變壓器油既是一種絕緣介質(zhì),又是一種冷卻介質(zhì).因此,對變壓器油的要求是:介質(zhì)絕緣強(qiáng)度高,粘度低,網(wǎng)點(diǎn)高,凝固點(diǎn)低,酸值低,灰粉等雜質(zhì)及水分少.變壓器油中只要含少量水分和雜質(zhì)就會使絕緣強(qiáng)度大為降低(含 0.004%水分時,絕緣強(qiáng)度降低約50%).此外,變壓器油在較高溫度下長期與空氣中的氧接觸時會逐漸老化,在油中生成不傳熱的懸浮物,堵塞油道,并使酸值增加,絕緣強(qiáng)度降低,這對變壓器的安全運(yùn)行是十分不利的. (4) 主變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的所有損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?使各部件的溫度升高,當(dāng)主變壓器

9、溫升超過規(guī)定的限值,將使絕緣損壞,直接影響主變壓器的使用壽命(2030年).因此,主變壓器必須具有相應(yīng)的散熱能力. (5) 主變壓器各繞組的引線從油箱內(nèi)引至油箱外時,必須采用出線裝置,以便使帶電的導(dǎo)線與接地的油箱絕緣.2. SS4型電力機(jī)車主變壓器運(yùn)行檢修概況及色譜分析檢測情況2.1 SS4型電力機(jī)車主變壓器運(yùn)行檢修概況這里介紹的SS4型電力機(jī)車是鐵道部株洲電力機(jī)車工廠1993年7月生產(chǎn)的SS4號機(jī)車。該機(jī)車配屬烏蘭察機(jī)務(wù)段，一直擔(dān)當(dāng)烏蘭察至包頭間的貨運(yùn)牽引任務(wù)。截止至目前，該機(jī)車總走行11001192km，架間走行32182km。其間此機(jī)曾兩次中修（周期修制），主變壓器等充油電器未見異常。2

10、.2 色譜分析檢測情況自從2009年11月16日首次對SS4號機(jī)車A端（也稱A節(jié)）主變壓器（容量：4760kVA；油質(zhì)量：2125kg；油保護(hù)方式：開放式）進(jìn)行變壓器油氣相色譜分析，發(fā)現(xiàn)油中特征氣體嚴(yán)重超過國家標(biāo)準(zhǔn)提出的注意值&*(。此后變壓器就一直處于跟蹤分析狀態(tài)，直至2010年4月我們共進(jìn)行了2 次油中溶解氣體色譜分析，其檢測數(shù)據(jù)如表1所示。表1 SS4端主變壓器油色譜分析數(shù)據(jù)檢測日期檢測組分備注H2COCO2CH4C2H2C2H6C2H2C1+C22009.11.16210103012335322332324532首次超標(biāo)2009.11.292143365632245345324

11、245724572010.01.2134555462134532135642146324672010.02.111223445444245242466242442224556245慮油2h2010.03.264324544224514556262344246234慮油4h2010.04.1041341452546672462245672244446244562445停運(yùn)檢查3 變壓器油箱內(nèi)電器設(shè)備故障的診斷及處理檢查3.1 故障發(fā)展趨勢分析由表-1可以看到，檢測后的前13天（到11月29日），這臺變壓器油中特征氣體增長很快，其相對產(chǎn)氣速率為2067.8%/月?？梢娤鄬Ξa(chǎn)氣速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國家標(biāo)準(zhǔn)提

12、出的10%/月，說明變壓器油箱內(nèi)電器的故障發(fā)展趨勢是比較嚴(yán)重的。3.2 故障性質(zhì)的診斷、處理及檢查充油電器內(nèi)部的故障一般分為電性和熱性兩大類。我們按照國家標(biāo)準(zhǔn)推薦的“三比值法”，對11月29日測定的有關(guān)組分(H2、CH4、C2H2、C2H6、C2H2)及含量進(jìn)行了比值計算。經(jīng)查對，比值編碼為“0 2 2”，所對應(yīng)的故障性質(zhì)為高于700°C高溫范圍的熱故障。由于本機(jī)車的檢修周期（即第11次輔修年檢）未到，因此，作出了繼續(xù)運(yùn)行的處理意見。根據(jù)機(jī)車主變壓器色譜分析周期的安排，我們于2010年1月21日（表-1）進(jìn)行了第三次變壓器油中溶解氣體檢測及故障診斷。值得注意的是在此次“三比值”法中，

13、比值的編碼已為“1 0 0”，此編碼在國家標(biāo)準(zhǔn)中不存在；我們選用“改良電協(xié)研”法進(jìn)行診斷，診斷結(jié)論為“電弧放電兼過熱”。然而，仍然是檢修周期等原因，這臺機(jī)車變壓器再次繼續(xù)運(yùn)行。2010年2月，對變壓器油采取了真空濾油處理（濾油過程中色譜檢測數(shù)據(jù)見表-1）后，該變壓器繼續(xù)投入運(yùn)行，并于3月26日進(jìn)行了色譜跟蹤分析。我們再次進(jìn)行了故障性質(zhì)的診斷，診斷的結(jié)論仍然是“電弧放電兼過熱”。同時，按照對固體絕緣材料是否被破壞進(jìn)行了診斷。由于CO/CO2的比值超出正常范圍(0.09<CO/CO2<0.33）,且油中CO含量與H2含量存在相關(guān)性（由表1看到CO與H2相伴增長），顯然，“電弧放電兼過熱

14、”破壞了固體絕緣材料。2010年4月10日，在此機(jī)車進(jìn)行第11次輔修年檢時，對A端主變壓器進(jìn)行了吊芯解體檢查，檢查發(fā)現(xiàn)，平波電抗器繞組燒損。4 結(jié)束語4.1 SS4型電力機(jī)車主變壓器油箱內(nèi)電器故障診斷的特殊性及討論SS4型電力機(jī)車主變壓器與平波電抗器共一油箱（類似的有SS6、SS8），由統(tǒng)一的散熱器和通風(fēng)機(jī)通過潛油泵強(qiáng)迫油循環(huán)散熱。顯然，當(dāng)主變壓器、平波電抗器及潛油泵任一電器發(fā)生故障，變壓器油中都會產(chǎn)生故障特征氣體（見表1），因此，給確定故障的原因和部位帶來困難。所以，在本實(shí)例中，一開始就強(qiáng)調(diào)是主變壓器油箱內(nèi)電器出現(xiàn)故障，而這一故障的準(zhǔn)確部位也只有在解體檢查時才能證實(shí)。作者與他人曾系統(tǒng)研究過電

15、力機(jī)車主變壓器油中特征氣體的關(guān)系304，檢測及統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：在114臺SS4型電力機(jī)車主變壓器油中，特征氣體超過注意值的比率達(dá)10.5%，且多屬過熱性特征氣體。我們認(rèn)為，這是一個值得有關(guān)方面（研制、生產(chǎn)、使用等單位）注意的問題。4.2 強(qiáng)化油中溶解氣體分析（DGA）跟蹤檢測工作要加強(qiáng)對DGA工作的認(rèn)識，發(fā)揮其在電力機(jī)車狀態(tài)維修中的作用。DGA 方法是電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程32項(xiàng)試驗(yàn)中的第一項(xiàng)。本文所介紹的實(shí)例處理過程說明加強(qiáng)對DGA工作認(rèn)識的必要。本實(shí)例的診斷經(jīng)驗(yàn)表明，如在2009 年11月16 日的檢測、診斷結(jié)論后對此臺機(jī)車主變壓器采取停運(yùn)檢查，是能夠減輕故障對設(shè)備造成的損失的；在后來采取的真空濾油的措施說明缺乏對特征氣體產(chǎn)生機(jī)理的認(rèn)識。一般情況下，變壓器及充油電器的故障初期往往為過熱，最終卻是電性故障的表現(xiàn)形式。如長時間處于高溫過熱的電器（變壓器油中產(chǎn)生過熱氣體C2H4），其絕緣材料不斷劣化（變壓器油中CO/CO2比值發(fā)生變化），最后是絕緣擊穿（變壓器油中C2H2與H2氣體的急劇增長）。顯而易見，SS4號機(jī)車變壓器油箱內(nèi)平波電抗器故障性質(zhì)的變化過程正是如此。實(shí)踐證明，DGA方法是目前應(yīng)用于變壓器等充油電器運(yùn)行狀態(tài)檢測的先進(jìn)技術(shù)，對故障的及時和準(zhǔn)確診斷是這一技術(shù)的特點(diǎn)，應(yīng)發(fā)揮DGA技術(shù)在電力機(jī)車狀態(tài)檢修中的作用。參考文獻(xiàn)：1 何宏群, 關(guān)于SS1