李鳴　陶立超

[摘 要]根據(jù)HXD3C型電力機(jī)車(chē)避雷器的運(yùn)用現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，結(jié)合具體事例對(duì)避雷器炸損故障進(jìn)行分析，提出了避雷器維護(hù)保養(yǎng)及故障處理的合理建議，達(dá)到指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)檢修與確保機(jī)車(chē)安全運(yùn)行的目的。

[關(guān)鍵詞]HXD3C型機(jī)車(chē) 避雷器 預(yù)防對(duì)策

中圖分類(lèi)號(hào)：R54041 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）10-0018-01

1.問(wèn)題的提出

無(wú)間隙金屬氧化物YH10WT-42/105D型車(chē)頂避雷器在HXD3C型電力機(jī)車(chē)?yán)塾?jì)裝車(chē)2330個(gè)，YH10WT-43/108BN型柜內(nèi)避雷器在HXD3C型電力機(jī)車(chē)?yán)塾?jì)裝車(chē)1165個(gè)。2014年3月3日，HXD3C0563機(jī)車(chē)在出庫(kù)前升弓試驗(yàn)時(shí)，Ⅰ端車(chē)頂避雷器炸損接地，導(dǎo)致高壓接觸網(wǎng)燒斷，變電所跳閘。此次事故后，段方購(gòu)買(mǎi)直流高壓發(fā)射器對(duì)本段內(nèi)的45臺(tái)HXD3C型機(jī)車(chē)進(jìn)行普查，結(jié)果如下表1：

上述45臺(tái)機(jī)車(chē)普查時(shí)走行約35萬(wàn)～50萬(wàn)公里。由于車(chē)頂避雷器工作環(huán)境惡劣，動(dòng)作頻繁，當(dāng)避雷器因內(nèi)部電阻片老化被擊穿引起壓力動(dòng)作釋放時(shí)，會(huì)造成短路或接地等故障，將會(huì)引發(fā)接觸網(wǎng)頂電、變電所跳閘，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致因大電流燒斷接觸網(wǎng)等行車(chē)事故。為此，相關(guān)運(yùn)用單位有必要注意日常維護(hù)，機(jī)車(chē)運(yùn)行一段時(shí)間后做相關(guān)預(yù)防性的測(cè)試，保證機(jī)車(chē)運(yùn)行的安全。

2.避雷器的作用原理

2.1 主電路原理

車(chē)頂避雷器F1和F2，分別并聯(lián)于受電弓和高壓隔離開(kāi)關(guān)之間，可以抑制機(jī)車(chē)外部的雷擊過(guò)電壓和電網(wǎng)過(guò)電壓，保護(hù)車(chē)頂和車(chē)內(nèi)的高壓電器。車(chē)內(nèi)避雷器F3，并聯(lián)于主斷路器和主變壓器原邊繞組之間，它主要抑制主斷路器開(kāi)閉時(shí)產(chǎn)生的操作過(guò)電壓，避免對(duì)機(jī)車(chē)內(nèi)部的控制電器產(chǎn)生過(guò)電壓侵害。車(chē)頂避雷器F1、F2的持續(xù)額定工作電壓低于柜內(nèi)避雷器的持續(xù)額定工作電壓，從而確保機(jī)車(chē)外部的雷擊過(guò)電壓和電網(wǎng)過(guò)電壓在車(chē)頂上就被抑制，避免進(jìn)入車(chē)內(nèi)造成危害。避雷器的接入情況如下圖1。

2.2 避雷器自身工作原理

金屬氧化物型避雷器芯體內(nèi)裝有優(yōu)異特性的氧化鋅電阻片，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，避雷器呈現(xiàn)低電阻，吸收過(guò)電壓能量，使被保護(hù)電氣設(shè)備上的過(guò)電壓限制在允許范圍內(nèi)，從而保護(hù)了電氣設(shè)備絕緣免遭過(guò)電壓的損壞。在電力系統(tǒng)正常工作電壓下，避雷器呈現(xiàn)高電阻，僅有微安級(jí)的泄漏電流流過(guò)避雷器，起到與系統(tǒng)絕緣的作用。

3.典型故障示例及原因分析

3.1 典型故障示例

故障示例1：

2014年4月18日，HXD3C0033機(jī)車(chē)擔(dān)當(dāng)K539次客運(yùn)列車(chē)牽引任務(wù)，列車(chē)行駛途中，機(jī)車(chē)突然跳主斷，TCMS微機(jī)顯示屏顯示網(wǎng)壓低牽引封鎖，乘務(wù)員立即停車(chē)，下車(chē)瞭望檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)車(chē)Ⅱ端車(chē)頂避雷器炸損，司機(jī)隔離Ⅱ端受電弓后維持運(yùn)行。該車(chē)于2010年10月23日新造，并于2012年12月27日兩年檢后到段，兩年檢后走行377318km。

故障示例2：

2014年7月17日，HXD3C-0781機(jī)車(chē)，擔(dān)當(dāng)K1185次客運(yùn)牽引任務(wù)，列車(chē)運(yùn)行途中，乘務(wù)員聽(tīng)到車(chē)頂有爆炸聲音，瞭望發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)與受電弓間有火花，乘務(wù)員立即降弓，對(duì)機(jī)車(chē)進(jìn)行車(chē)頂絕緣檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)三級(jí)報(bào)警，乘務(wù)員擔(dān)心發(fā)生弓網(wǎng)事故，未再次升弓于17時(shí)07分通知車(chē)站請(qǐng)求救援。該機(jī)車(chē)2013年01月23日新造配屬到段，走行480791km。

3.2 故障原因分析

針對(duì)上述示例中故障的避雷器，經(jīng)返廠解剖檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，避雷器內(nèi)部部分電阻片被擊穿碎裂，形成的荷電率過(guò)高，最終導(dǎo)致剩余電阻片吸收能量過(guò)多，引起避雷器壓力釋放動(dòng)作而炸損。避雷器電阻片被擊穿的原因有如下幾點(diǎn)：

1.由于機(jī)車(chē)頂部避雷器所處的位置，使用環(huán)境和條件比較苛刻，動(dòng)作次數(shù)頻繁，長(zhǎng)期運(yùn)行使避雷器吸收能量不斷積累，性能逐漸劣化，最終導(dǎo)致個(gè)別電阻片加速老化。當(dāng)某一次出現(xiàn)外電壓能量過(guò)大時(shí)，避雷器就有可能發(fā)生故障而損壞。

2.在電力機(jī)車(chē)上主要的過(guò)電壓為操作過(guò)電壓，即斷路器在運(yùn)行過(guò)程中的操作過(guò)電壓，以及機(jī)車(chē)運(yùn)行途中換分相區(qū)產(chǎn)生的過(guò)電壓。當(dāng)瞬間產(chǎn)生的過(guò)電壓及涌流超過(guò)了避雷器本身允許承載的能力時(shí)，避雷器只能通過(guò)自毀的方式切斷大電流，以避免更大事故的發(fā)生。

3.在電阻片出廠時(shí)是對(duì)每批次的電阻片進(jìn)行方波沖擊電流耐受試驗(yàn)、大電流沖擊耐受試驗(yàn)、加速老化試驗(yàn)進(jìn)行抽檢，該過(guò)程無(wú)法保證每片電阻片吸收能量大小一致，有可能存在個(gè)別電阻片的方波沖擊耐受試驗(yàn)電流偏小，在后續(xù)負(fù)載下，相對(duì)其他電阻片更易老化被擊穿。

避雷器炸損后成短路的“接地棒”，如果此時(shí)乘務(wù)員未能及時(shí)發(fā)覺(jué)而再次升起受電弓，就會(huì)在接觸網(wǎng)與受電弓接觸的瞬間，引起強(qiáng)大的電流通過(guò)空氣介質(zhì)，造成弓網(wǎng)間拉弧放電，從而使接觸網(wǎng)燒損。

4.避免HXD3C型機(jī)車(chē)避雷器故障的防范措施

4.1 日常表面清潔維護(hù)

每次機(jī)車(chē)入庫(kù)都應(yīng)對(duì)機(jī)車(chē)頂避雷器傘套表面灰塵、油污進(jìn)行一次擦洗，以避免傘套表面的油污越積越多，尤其是到冬季，北方霧霾天氣較多，更要保證對(duì)避雷器的及時(shí)清洗，必要時(shí)，更換新的避雷器以保證機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行。

避雷器擦拭干凈后，對(duì)其外觀進(jìn)行檢查：檢查避雷器外套有無(wú)裂紋、傷痕，判斷避雷器有無(wú)缺陷。發(fā)現(xiàn)傘群有缺陷，傘群缺陷面積≥30mm2，應(yīng)立即更換；發(fā)現(xiàn)傘群有開(kāi)裂，傘群開(kāi)裂深度超過(guò)2mm，長(zhǎng)度超過(guò)15mm，應(yīng)立即更換；避雷器護(hù)套有破損、開(kāi)裂、飛石擊破應(yīng)立即更換；發(fā)現(xiàn)有電蝕、燒損等現(xiàn)象應(yīng)立即更換。

4.2 重視6A系統(tǒng)的高壓絕緣檢測(cè)

HXD3C型機(jī)車(chē)6A系統(tǒng)中的高壓絕緣檢測(cè)是升弓前對(duì)機(jī)車(chē)高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確保各設(shè)備絕緣合格后升弓。當(dāng)機(jī)車(chē)在運(yùn)行途中，對(duì)于車(chē)頂發(fā)生的頂電故障，接觸網(wǎng)斷電時(shí)，乘務(wù)員不應(yīng)盲目升弓，需先做高壓絕緣試驗(yàn)，對(duì)故障點(diǎn)有一定的判斷，避免因避雷器炸損接地后升弓導(dǎo)致弓網(wǎng)事故的發(fā)生。

4.3 定期性能測(cè)試

避雷器在投入運(yùn)行后應(yīng)每季度用2500v兆歐表測(cè)試絕緣電阻，其阻值應(yīng)大于10000兆歐；每半年對(duì)避雷器進(jìn)行抽樣試驗(yàn)；每年對(duì)避雷器應(yīng)做預(yù)防性試驗(yàn)，具體項(xiàng)目為：

（1）直流參考電壓測(cè)試U1mA：避雷器兩端施加直流電壓（直流電壓的脈動(dòng)不大于±1.5%），待流過(guò)避雷器的電流穩(wěn)定為1mA時(shí)讀取電壓值，其值應(yīng)≥58kv。

（2）直流0.75U1mA下的泄露電流測(cè)量：對(duì)避雷器施加0.75倍U1mA直流電壓，讀取電流值，其值應(yīng)小于50μA。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)HXD3C型電力機(jī)車(chē)避雷器炸損的原因，為減少炸損故障的發(fā)生，運(yùn)用單位應(yīng)從日常保養(yǎng)、檢修、運(yùn)用等方面采取一定的對(duì)策，以保證機(jī)車(chē)的運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)北車(chē)集團(tuán)大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司.HXD3C型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)培訓(xùn)教材[M].大連：中國(guó)北車(chē)集團(tuán)大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，2010.