潘建軍 上海鐵路局上海機務(wù)段

1 運行原理

SS8、SS9及SS9（改）型機車電壓互感器型號均為TBY1-25，為油浸自冷式結(jié)構(gòu)。通過機車車頂高壓金屬軟編線一次側(cè)A端將25kV高壓引入，用于監(jiān)測電力機車行駛過程接觸網(wǎng)電壓和提供機車電度表電壓信號，在油箱內(nèi)高壓連線經(jīng)絕緣件架空后，通過器身線包由X低壓端（與接地屏出線并聯(lián)）0.2kV套管引出接地。低壓二次線圈出頭為a1x1，輸出100V電壓信號送入司機室網(wǎng)壓表（見圖 1）。

圖1 TBY1-25型機車電壓互感器電路圖

2 故障現(xiàn)象綜述

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，電壓互感器高壓引出連線燒損和高壓線圈匝間短路燒損為最常見的電性故障現(xiàn)象。

2.1 高壓引出連線燒損

高壓連線在其絕緣擊穿后，通過電弧導(dǎo)電并對地（油箱壁）持續(xù)放電，導(dǎo)致特征氣體含量急劇增加，壓力不能持續(xù)釋放，造成電壓互感器燒損爆炸。此類現(xiàn)象占故障大多數(shù)，其性質(zhì)最為惡劣，也最為嚴(yán)重，直接影響機車的行車和安全。圖2為SS9-0213機車電壓互感器高壓引出線對電放電。

圖2 SS9-0213高壓線圈引出線對地放電

2.2 高壓線圈匝間短路燒損

電壓互感器本身阻抗很小，在主斷路器合閘瞬間引起涌流，產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。過電壓、過電流導(dǎo)致繞組線圈絕緣破壞，或者繞組線圈本身由于制造工藝上存在缺陷，造成層間絕緣破壞等。由于箱內(nèi)溫度急速升高，壓力成倍增大，導(dǎo)致電壓互感器箱蓋炸裂，這種現(xiàn)象發(fā)生幾率雖相對少見，但也可能造成弓網(wǎng)燒損等極其嚴(yán)重后果。圖3為SS9-0002電壓互感器高壓線圈匝間短路燒損。

圖3 SS9-0002電壓互感器高壓線圈匝間短路燒損

3 故障分析

3.1 高壓引出線燒損

SS9-0213機車2011年4月3日因電壓互感器故障造成機破?；囟魏筌図敊z查巡視，發(fā)現(xiàn)電壓互感器外殼膨脹變形，壓力釋放閥動作，絕緣油由壓力釋放閥噴出。絕緣油呈黑色，呼吸器內(nèi)硅膠變黑，表明電壓互感器已擊穿燒損。

進(jìn)一步檢查分析，故障擊穿點為線包與高壓引出線連接處，檢查線包一、二次線圈狀態(tài)正常，表明器身線圈匝間、層間、不同電位之間無短路擊穿現(xiàn)象。

從故障的燒損部位分析，是由于外部沖擊過電壓、操作過電壓等瞬間高壓，對高壓引出線絕緣損傷而擊穿燒損，本質(zhì)上是由于高壓引出線在連接部位存在質(zhì)量缺陷，如焊接、連接狀態(tài)、絕緣包扎等，在其自身損傷后，通過電弧導(dǎo)電，加劇損傷擊穿外包絕緣后，導(dǎo)致一次高電壓持續(xù)對地（油箱壁）放電。直至高壓線圈引出線部位燒斷，電弧、過熱造成電壓互感器內(nèi)部絕緣油溫度升高，內(nèi)部故障氣體壓力急劇增大，達(dá)到壓力釋放閥動作值釋放，待變壓器油釋放完畢后，平衡不能保證，最終造成油箱鼓包崩裂。因此，故障的原因主要是高壓線圈A端引出線（φ0.67mm2）與接線片的焊接部位，因為其在焊接時焊錫融化處與導(dǎo)線末端存在不同熱效應(yīng)現(xiàn)象，造成斷裂燒損。原因之二，高壓連線在器身線圈引出線部位，是電位梯度最高的地方，也是磁力線最集中的部位，在線圈引出線的拆解和裝配包扎過程中，不可避免地造成反復(fù)扭曲、彎折、以及導(dǎo)線機械應(yīng)力的丟失，更容易造成引出線在該部位發(fā)熱、開斷等故障現(xiàn)象。

3.2 線包匝間短路燒損

2011年9月10 日SS9-0002機車電壓互感器發(fā)生箱蓋炸裂，歷次及返段后色譜分析數(shù)據(jù)如下（見表1）。

表 1 SS9-0002電壓互感器歷次及返段后色譜分析數(shù)據(jù)（μL/L）

返段后色譜分析數(shù)據(jù)表明該電壓互感器發(fā)生了嚴(yán)重的放電與過熱故障，并且性質(zhì)涉及到繞組絕緣紙結(jié)構(gòu)。檢查電壓互感器器身表面，清潔度差，絕緣油焦糊味很重，顏色發(fā)深有游離炭覆蓋現(xiàn)象。引出線絕緣包扎緊實，鐵心接地良好，引出線焊接狀態(tài)正常。檢測各繞組絕緣對地絕緣正常，檢測高壓與低壓繞組絕緣電阻為0MΩ，絕緣呈導(dǎo)通擊穿狀態(tài)，進(jìn)一步拆解互感器線包，發(fā)現(xiàn)高低壓線圈層間絕緣大面積燒損，絕緣呈燒糊狀態(tài)。原因分析：機車電壓互感器線包為層式繞制結(jié)構(gòu)，內(nèi)2層是二次低壓繞組，由0.9mm×2.00mm/1.04mm×2.06mmQQB型縮醛漆包扁銅線繞制而成，匝數(shù)100匝，外50層是一次高壓繞組，由φ0.17和φ0.67mm2QQ-2型縮醛漆包圓銅漆包線卷繞而成，匝數(shù)共25000匝。故障的發(fā)生部位均在高壓繞組部分，一方面，導(dǎo)線在焊接、過度、張緊等繞制過程中存在潛伏性質(zhì)量缺陷，另一方面層與層之間使用大面積絕緣薄膜隔離，層數(shù)越多，絕緣薄膜使用就越多，氣隙含量也多。當(dāng)電壓互感器箱體焊縫等漏油，或吸濕器硅膠失效時，這些氣隙，漆膜和絕緣薄膜就會吸收微量水分，當(dāng)微量水分超標(biāo)或者氣溫突降時，水分遇到氣溫下降會在繞組表面結(jié)露，絕緣下降引起繞組閃弧，有時就會造成燃弧，氣壓急劇上升造成釋放閥動作甚至燒損炸裂。

4 預(yù)防措施

按前述，機車電壓互感器炸裂燒損主要是高壓引出線連接部位，在檢修過程中，由于焊接、彎折、機械損傷等一些因素，不可避免地造成質(zhì)量隱患。因此，對于檢修部門來說，采取有效、可控的措施十分重要，具體預(yù)防和改進(jìn)措施建議如下：

4.1 高壓引出線改進(jìn)

高壓引出線連接由原焊接接線片改進(jìn)為線鼻子壓-焊連接狀態(tài)，具體工藝流程如下：

（1）拆解一次線圈（A端）引出線。

（2）引出線制作、焊接，檢查高壓引出線，重點檢查其根部，有無扭曲，損傷現(xiàn)象。

（3）焊接，用焊膏在焊接部位涂抹，用電烙鐵把錫焊絲流暢熔化在焊接部位。

（4）引出線連接裝配，連接高壓出線。

通過以上工藝改進(jìn)，避免了原接線片焊接缺陷，阻燃導(dǎo)線的選用不存在機械應(yīng)力的丟失，徹底杜絕了高壓引出線部位的質(zhì)量隱患。

4.2 色譜分析跟蹤控制

GB/T7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中，三比值法只是闡明了分析方法和手段，給予了特征氣體含量注意值乙炔5μL/L、氫氣150μL/L、總烴150μL/L，以及CO、CO2的含量和比值。色譜分析是一個辨證的問題，氣體含量超過注意值即使很多，故障未發(fā)展到一定程度，吊芯后也難于查找，但涉及到放電故障又刻不容緩，其發(fā)展很快，發(fā)現(xiàn)后已無能為力。

根據(jù)多年的經(jīng)驗和分析，摸索、總結(jié)出機車電壓互感器色譜分析響應(yīng)數(shù)據(jù)表（見表 2）。

表2 電力機車電壓互感器色譜分析響應(yīng)數(shù)據(jù)表（μL/L）

5 結(jié)論

通過檢修部門加強質(zhì)量控制和改進(jìn)檢修工藝及預(yù)防措施的有效實施，同時化驗部門根據(jù)電壓互感器油中溶解特征氣體應(yīng)急響應(yīng)數(shù)據(jù)，作好跟蹤和控制。對于如何防止電壓互感器油燒損著火的發(fā)生，從束手無策終于找到了一套完整有效辦法，做到了可依和預(yù)知。