和諧機車過電壓保護裝置故障的原因分析及防范措施

盛 斌

(廣州鐵路(集團)公司 株洲機務(wù)段， 湖南株洲 412004)

和諧機車過電壓保護裝置故障的原因分析及防范措施

盛 斌

(廣州鐵路(集團)公司 株洲機務(wù)段， 湖南株洲 412004)

針對和諧型機車過電壓保護裝置的故障情況進行分析，查找故障原因并提出對應(yīng)的防范措施，從而使故障得到有效控制。

過電壓； 保護； 故障； 分析； 措施

2009年11月和諧型機車在株洲機務(wù)段配屬并投入運用，截止到目前為止，機務(wù)段配屬的HXD1C和HXD1機車達240臺，主要擔當京廣線株洲—江村、滬昆線株洲北—貴陽南區(qū)段的貨物列車牽引任務(wù)。為使機車運用中車內(nèi)電器免受過電壓的侵害，在電力機車車頂均裝有過電壓保護裝置—避雷器(部分機車出廠時還加裝了過電壓吸收裝置)。從近幾年的運用情況看，和諧機車車頂避雷器炸裂的故障與既有SS6B和SS7C型機車相比明顯下降，但運行中該故障仍有發(fā)生。運行中一旦發(fā)生避雷器(或過電壓吸收裝置)燒損對地放電后，相當于電網(wǎng)對地短路，會引起牽引變電所跳閘，接觸網(wǎng)停電，列車無法運行，只能請求救援，嚴重影響線上正常的運輸秩序。因此預(yù)防和減少避雷器故障對于鐵路運輸安全具有重要意義。

1 裝置的作用及特性

1.1 避雷器

機車在運行中，有可能承受來自外部雷擊高達幾十萬伏的大氣過電壓，同時也有來自機車內(nèi)部電器設(shè)備的操作(如主斷路器開閉等)引起的電壓沖擊造成的操作過電壓，為防止這些過電壓危及到機車電氣設(shè)備的安全，在主斷路器與高壓穿墻套管之間裝有過電壓保護用的復合外套無間隙金屬氧化鋅避雷器。目前機務(wù)段配屬的HXD1C和HXD1機車上裝的均是YH10WT-42/105型避雷器，其中2012年底新接的27臺HXD1C機車出廠時，是采用避雷器和KYT-27.5-84.3/800過電壓吸收裝置相結(jié)合的雙重保護模式。

氧化鋅避雷器由主體元件、接線端子、安裝卡子或絕緣底座構(gòu)成。主體元件內(nèi)裝有氧化鋅電阻片，內(nèi)部無間隙。主體元件外套采用憎水性硅橡膠制成，使氧化鋅避雷器體積小、質(zhì)量輕，并具有優(yōu)良的耐污性、防爆性。避雷器與被保護的電器并聯(lián)，在避雷器額定電壓和系統(tǒng)正常工作電壓下，氧化鋅電阻片呈現(xiàn)為高電阻狀態(tài)，使避雷器僅流過很小的泄漏電流，使系統(tǒng)與地絕緣。當系統(tǒng)出現(xiàn)危害被保護設(shè)備絕緣的過電壓時，氧化鋅電阻片呈現(xiàn)低電組狀態(tài)，吸收一定的過電壓能量，過電壓被限制在允許值以下，從而對電氣設(shè)備提供可靠的保護。

1.2 過電壓吸收裝置

KYT-27.5-84.3/800過電壓吸收裝置與避雷器的作用類似，只是保護動作電壓比避雷器小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)在避雷器的基礎(chǔ)上有改進。避雷器只有氧化鋅閥片，該裝置內(nèi)部除了氧化鋅閥片外，串聯(lián)了電極(有放電間隙)、熔斷器，當過電壓達55 kV時，電極放電間隙擊穿，有微量的漏電流流過，起保護作用，如果過電壓過高，最終將使裝置內(nèi)部熔斷器熔斷，裝置失去保護作用。

2 故障原因分析

2.1 裝置本身的質(zhì)量問題

2012年機務(wù)段新接27臺HXD1C機車運行半年后，個別機車電壓吸收裝置上端部有過壓裂損現(xiàn)象，其中HXD1C-6294機車，在運行中因過電壓吸收裝置炸裂，引起接觸網(wǎng)跳閘，列車被迫在區(qū)間停車請求救援。分析其故障原因是安裝不當及產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題導致裝置頂部電極放電擊穿。

2.2 密封不良

一是在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，如避雷器閥片烘干不徹底，含水分?；蛘哐b配時，避雷器的密封墊圈安放位置不當。二是閥片受潮或進水。YH10WT-42/105型避雷器生產(chǎn)時，是利用真空注膠技術(shù)，在避雷器內(nèi)部注入硅膠，能防止潮氣入浸，由于在生產(chǎn)過程中因質(zhì)量卡控不到位或是在產(chǎn)品運行時，受外力的影響，產(chǎn)品受損導致密封不良，由于閥片吸收能量發(fā)熱，當閥片受潮氣浸入后，累積產(chǎn)生能量效應(yīng)，閥片容易擊穿。

2.3 異常過電壓

機務(wù)段和諧機車上安裝的YH10WT-42/105型避雷器正常工作電壓為31.5～33.6 kV，工頻耐受時間特性為：50.4 kV下耐受0.1s，48.3 kV下耐受1 s ，46.2 kV下耐受10 s ,42 kV下耐受1 200 s。該型號避雷器一般持續(xù)的正常工作電壓不宜超過33.6 kV，短時暫態(tài)過電壓達到46.2 kV以上后，避雷器的耐受時間最多也就在數(shù)秒之內(nèi)，這時避雷器就會損壞。

導致異常過電壓的原因有多種，除了大氣過電壓、操作過電壓外，諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成設(shè)備燒損。如變電站大容量、高電壓的變壓器由于合閘涌流的過程時間比較長，能夠延續(xù)數(shù)秒或更長時間，有時還會引起諧振過電壓，使避雷器的放電時間過長而受到損壞。

此外區(qū)間線路上運行的電力機車再生制動時，對電網(wǎng)供電也會產(chǎn)生一定影響。如電力機車在運行區(qū)間的負荷變化速度較快,幅度較為劇烈,在啟動、緩行、制動以及上下坡過程中,負荷相差比較大。制動時會使得負荷的波動更加劇烈,負荷變化更具有快速性和沖擊性。負荷的波動會引起電壓的波動,波動速度較快時則會導致電壓閃變增大，影響供電質(zhì)量。

當多種過電壓及諧波等幾種峰值疊加時，過電壓快速升高，因氧化鋅電阻片本身是一種阻容性元件，電壓越高，阻性成份就越大，當電壓作用在電阻片上，電阻片在電應(yīng)力的作用下會發(fā)熱，當發(fā)熱量超出了電阻片自身熱平衡狀態(tài)時會產(chǎn)生熱崩潰現(xiàn)象，這時電阻片會被擊穿，造成避雷器損壞。如機務(wù)段2013年10月12日 HXD1C-6050在株洲檢修庫內(nèi)檢查完畢，升弓合主斷后，車頂即出現(xiàn)放炮，入庫后上車頂檢查發(fā)現(xiàn)避雷器中部炸開，對地放電，仔細檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部元件無受潮痕跡，使用2 500 V搖表檢查避雷器內(nèi)部元件對地絕緣值為無窮大。分析造成避雷器炸的原因是過電壓所致。

3 防范措施

(1) 為吸取機車因車頂過電壓吸收裝置炸裂引發(fā)的機車故障教訓，防止運行中弓網(wǎng)故障的發(fā)生。在該故障發(fā)生后，機務(wù)段與廠方共同分析，決定對2012年11月新配屬機務(wù)段的27臺HXD1C機車過電壓吸收裝置進行甩除，由避雷器對網(wǎng)側(cè)過電壓進行保護。

(2) 為了防范避雷器密封不良，在使用前，應(yīng)進行嚴格的密封性測試。安裝時要注意避雷器保持垂直，元件與中心線的偏差不大于元件整體高度的2%。確保避雷器的正常工作。另外，在避雷器運行維護過程中，特別是在雷雨后，要加強對避雷器的巡視以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況。

(3) 每次入庫整備時，注意檢查有機外套有無裂縫，判斷避雷器的密封性能有無缺陷。同時要注意避雷器的硅橡膠外套不宜經(jīng)常擦洗。

(4) 小輔修時加強避雷器的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，如2015年2月機務(wù)段新配屬的HXD1-1386機車在庫內(nèi)檢查時，發(fā)現(xiàn)避雷器器身有松動現(xiàn)象時，及時進行了換新。

(5) 因避雷器受潮時，光從外觀上看不出任何問題，只有通過檢查和測試，對試驗數(shù)據(jù)進行分析才能發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的缺陷。所以在和諧機車做年檢修程時，我們將避雷器從機車上拆下，送廠做預(yù)防性試驗，發(fā)現(xiàn)有參數(shù)不合格時，及時進行更換。

4 結(jié)束語

近年來，機務(wù)段按以上措施加強對過電壓保護裝置的維護和保養(yǎng)，一旦發(fā)現(xiàn)裝置有故障隱患時及時更換，同時，供電部門也在不斷采取相應(yīng)的措施改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，抑制高次諧波的產(chǎn)生。2014年以來機務(wù)段和諧型電力機車在運行中未再發(fā)生過電壓保護裝置炸損現(xiàn)象，確保了機車的運用安全。

[1] HXD1C機車司機手冊[R].南車株洲電力機車有限公司，2009.

[2] HXD1C轉(zhuǎn)向架使用維護說明書[R].南車株洲電力機車有限公司，2009.

[3] HXD1機車檢修手冊[R].南車株洲電力機車有限公司，2012.

Cause Analysis and Preventive Measures of the Fault of the Over-voltage Protection Device for the HXDLocomotive

SHENGBin

(Zhuzhou Locomotive Depot, Guangzhou Railway (Group) Corporation, Zhuzhou 412004 Hunan, China)

The article analyzes the fault of the over-voltage protection device of the HXD locomotive，and the cause of the fault is found and improvement measures are proposed correspondingly，to ensure that the fault has been effectively controlled

over-voltage； protection； fault； analysis； measures

1008-7842 (2015) 06-0110-02

男，工程師(

2015-07-06)

U269.5

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.28