电力机车主变压器技术状态监测及评估方法分析

苏震 范广超

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116021

摘要：变压器是电力机车的核心设备，以实现机车上各种电机、电器的需要。变压器一旦发生故障，会影响运输旅客与货物的效率。本文介绍一台HXD3B机车故障时，根据油中溶解气体的色谱分析结果结合主变压器技术状态监测，判断出变压器内部存在过热故障，然后通过返厂检查找到故障的过程。

关键词：电力机车；色谱分析；主变压器技术状态监测；

1.电力机车主变压器故障气体产生机理简述

油浸式变压器大多采用油纸组合绝缘。当变压器内部发生故障时，绝缘油和油浸纸会因受热分解而产生烃类气体^[1]。由于具有不同化学键结构的碳氢化合物在高温下有着不同的热稳定性，故绝缘油在各不相同的故障性质、故障能量密度下产生不同成分、不同含量的烃类气体，可根据各种烃类气体的不同含量和一段时间区间内某一种或多种烃类气体含量的变化，判断出变压器是否存在故障或何种类型的故障以及故障的发展趋势。

2.气相色谱分析判断故障的常用方法

2.1根据油中气体含量限值进行判断

正常运行的变压器，油中气体含量很少，其中可燃性气体含量更低。但当变压器发生故障时，故障性质不同，分解产生的烃类气体种类及含量也不同^[2]。因此可根据产生气体的特性、种类及含量判断故障性质。

2.2根据故障点的产气速率判断故障

有时特性气体的种类和含量还不能完全判断变压器有无故障，由于故障点的产生气体速率快慢与故障能量大小、故障部位、故障点的温度等有关，所以为了准确判断故障，考虑故障发展趋势，还需结合产气速率综合判断。

2.3三比值法判断变压器故障

当变压器存在故障时，油纸会因受热分解而产生烃类气体，由于含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性，所以绝缘油随着故障点温度的升高，依次裂解生成烷烃、烯烃和炔烃。三比值法是指用C₂H₂/C2H₄，CH₄/H₂，C₂H₄/C₂H₆三项比值的不同结果对应不同的编码来判断变压器的故障情况。

3. 故障实例分析

3.1故障概述

配属某铁路局机务段HXD3B0046机车运行至鄄城-菏泽区间时，机车报布赫继电器KP44.2动作，主断路器自动断开。乘务员多次断电复位，均无法消除，请求救援。

3.2故障检查情况

HXD3B0046机车附挂回机务段。查看布赫继电器视窗内没有油位显示，取油样进行气相色谱分析化验，化验指标见表1。

表1

从化验结果可以看出，乙炔气体指标为205.188，严重超标（乙炔指标标准为不超过5），气体含量的三比值为122，对照三比值编码由此可以判断牵引变压器可能存在低能放电或过热的情况。根据上述情况，为了尽快判明该机车牵引变压器油样指标超标的根本原因，经与机务段协商，决定更换该机车牵引变压器，返厂进行拆解分析。

3.3牵引变压器入厂拆检情况

返厂对变压器放油后进行了吊芯检查，具体检查结果如下：

1.将变压器器身吊出后，首先对器身进行外观检查，器身外观状态良好，各线圈和高低压引线均无放电和过热现象。

2.对器身夹件进行检查，发现下夹件与出油法兰连接的1根进油管根部有轻微放电痕迹（图1圆形处），另1根进油管则外观良好，没有放电痕迹（图2）。该现象也进一步验证了前期通过气相色谱分析得出的结论。

图1 图2

3.对箱体内部进行检查，发现箱体内部残留的变压器油干净，无杂质等异物；与放电油管对应连接的箱底出油法兰有轻微放电痕迹。

4.入厂后变压器进行了相关检测，直流电阻、变比均正常，各线圈绝缘电阻都在2000MΩ以上；吊芯后分别对四个上、下夹件之间绝缘电阻进行了检测，状态良好，都在100MΩ以上。

5.铁芯夹板状态良好，没有过热现象。

3.4原因分析

下夹件与油箱的局部放电，是由于焊接变形造成二者接触面不平，安装后存在放电间隙所致。如果接触面平整，接触良好就不会产生局部放电，或者接触面的缝隙较大，有变压器油的绝缘作用也不会发生放电，只有二者缝隙恰好为放电间隙时才会放电。HXD3B机车牵引变压器的容量为11622kVA、短路阻抗为58%，这在目前国内交流机车中是最高的，因此它的内部漏磁也是最强的，由于漏磁场特有的分布不规则特性，每台变压器的内部漏磁分布情况也不尽相同，这次局部的放电是由制造偏差再加上内部漏磁分布不规则所致，存在一定偶然性。

3. 结论

利用气相色谱分析法，当变压器存在故障时可以在未分解变压器的前提下，判断出故障性质及严重程度，甚至确定出发生故障的范围，为检修人员作出进一步处理提供可靠依据，保证设备安全稳定的运行。通过实例分析，也充分验证了气相色谱分析在研判机车牵引变压器故障的实用性。在未来，我们更应结合变压器技术状态监测、运用气相色谱分析综合判断电力机车牵引变压器的故障^[3]，评估故障等级，确保更高效、更准确、更精细的为电力机车的可靠运行保驾护航。

参考文献

1. DL/T722-2000.变压器油中溶解气体分析和判断导则.北京:中国标准出版社,2005

2. 操敦奎.变压器油色谱分析与故障诊断[M].北京:中国电力出版社,2010,35(3):32-57

3. 刘宇婷.电力机车主变压器技术状态检测及评估研究[J].大连理工大学,2015