HXD3C型機(jī)車牽引變壓器C6檢修數(shù)據(jù)及策略研究

容長(zhǎng)生， 鄧?guó)P祥， 劉 鋒， 房 平， 王亞奎

(1 中國(guó)鐵路總公司， 北京100844；2 中車株洲電機(jī)有限公司， 湖南株洲 412001；3 中車株洲電力機(jī)車有限公司， 湖南株洲 412001；4 中車大連機(jī)車車輛有限公司， 遼寧大連 116022；5 中車洛陽(yáng)機(jī)車有限公司， 河南洛陽(yáng) 471002)

和諧型機(jī)車自2017年開始進(jìn)入C6修，目前正全面推進(jìn)。數(shù)據(jù)檢修是和諧型機(jī)車C6修的核心理念之一，是和諧型機(jī)車C6修的鮮明特征。在C6修過程中，全面開展機(jī)車及其重要零部件性能測(cè)試，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)新造源頭與檢修信息、新造源頭與運(yùn)用信息、檢修數(shù)據(jù)與日常運(yùn)用信息全鏈條分析，確保機(jī)車和部件完整的質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈、生命軌跡鏈的全面銜接，為機(jī)車全壽命周期成本管理提供技術(shù)支撐。

C6修作為機(jī)車主變壓器一重大檢修節(jié)點(diǎn)，檢修范圍覆蓋大部分器件，而對(duì)于生命和功能周期長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的部件，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過修和過檢的問題，給變壓器帶來(lái)不穩(wěn)定系統(tǒng)性問題的同時(shí)大大增加檢修成本[1]。通過對(duì)變壓器C6檢修數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，形成系統(tǒng)、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的主變壓器C6檢修策略，指導(dǎo)后續(xù)C6檢修規(guī)程制訂和持續(xù)優(yōu)化工作，保障機(jī)車主變壓器C6檢修工作安全、優(yōu)質(zhì)、高效地開展。

1 HXD3C型機(jī)車牽引變壓器C6修數(shù)據(jù)研究

HXD3C型機(jī)車牽引變壓器在C6檢修內(nèi)容主要涵蓋主變壓器檢測(cè)、部件檢修及變壓器油檢測(cè)等。下面所述數(shù)據(jù)源于50余臺(tái)C6修主變壓器。

1.1 主變壓器檢測(cè)

HXD3C型機(jī)車主變壓器在C6修過程中需進(jìn)行直流電阻、電壓比、空載試驗(yàn)、絕緣電阻、工頻耐壓及感應(yīng)耐壓等檢測(cè)。

1.1.1直流電阻試驗(yàn)

直流電阻試驗(yàn)用于檢測(cè)主變壓器繞組層間和匝間是否存在短路、開路，判斷繞組焊接點(diǎn)、端子壓接、引線與套管連接等狀態(tài)是否良好等方面。直流電阻檢測(cè)結(jié)果對(duì)主變壓器內(nèi)部繞組連接狀態(tài)的判斷直觀、準(zhǔn)確，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器存在的潛在性故障[2]。按照技術(shù)要求，高壓繞組、低壓繞組C6修檢測(cè)直流電阻與設(shè)計(jì)值的偏差為±10%。C6修前后的各繞組直流電阻平均偏差結(jié)果如圖1。(其中，AX為高壓繞組，a1x1-a8x8為低壓繞組。)

圖1 直流電阻平均偏差/%

從圖1可知，各繞組直流電阻平均偏差均滿足技術(shù)要求，各繞組平均偏差絕對(duì)值不高于3.0%。通過對(duì)比可知，C6修后的各繞組直流電阻平均偏差均高于C6修前約2%，檢修過程對(duì)直流電阻測(cè)試結(jié)果有一定的影響。影響直流電阻結(jié)果的因素主要包括繞組線規(guī)、引線連接及繞組換算溫度等[3]?？紤]檢修中繞組線規(guī)及端子接線狀態(tài)基本不變，且各繞組直流電阻平均值增漲幅基本相當(dāng)，由此推測(cè)C6修前后的直流電阻偏差可能是繞阻實(shí)際溫度與換算溫度存在略微差異所造成。通常情況下，為確保換算溫度準(zhǔn)確，試驗(yàn)應(yīng)在器身干燥或負(fù)載試驗(yàn)后待器身完全冷卻再進(jìn)行，這一點(diǎn)在檢測(cè)過程中應(yīng)引起重視。

1.1.2電壓比試驗(yàn)

電壓比試驗(yàn)通常用于檢驗(yàn)變壓器的高低壓線圈是否存在匝數(shù)偏差、斷匝等問題。按照技術(shù)要求，高壓繞組與各低壓繞組間的電壓比與設(shè)計(jì)值的偏差為±0.5%。C6修前后的各繞組間電壓比偏差結(jié)果如圖2。

圖2 電壓比平均偏差/%

從圖2可知，高壓繞組與各低壓繞組的電壓比滿足技術(shù)要求，最大平均偏差不高于0.15%。對(duì)比C6修前后的電壓比平均偏差，兩者基本相當(dāng)。由此可知，HXD3C型機(jī)車主變壓器C6修對(duì)繞組間電壓比不會(huì)帶來(lái)明顯的影響，這與變壓器電壓比基本特性相吻合。

1.1.3空載損耗試驗(yàn)

空載試驗(yàn)是通過測(cè)量變壓器的空載損耗和空載電流兩個(gè)特征量，檢查繞組是否存在匝間短路、并聯(lián)支路中線圈匝數(shù)不等、鐵芯疊片間絕緣、硅鋼片松動(dòng)氣隙及穿芯螺桿與壓板絕緣等故障。當(dāng)發(fā)生上述故障時(shí)，空載損耗和空載電流均會(huì)明顯增大。

按照技術(shù)要求，空載損耗不應(yīng)超過設(shè)計(jì)值15%，空載電流不應(yīng)超過設(shè)計(jì)值30%。C6修后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1：

表1 空載試驗(yàn)結(jié)果 %

從表1可知，空載損耗和空載電流均滿足技術(shù)要求，且兩者的平均值均低于設(shè)計(jì)值，C6修后的主變壓器器身、繞組及鐵芯內(nèi)部狀態(tài)正常。

1.1.4絕緣電阻試驗(yàn)

絕緣電阻試驗(yàn)是檢驗(yàn)變壓器絕緣狀態(tài)的一種簡(jiǎn)單、高效的方式，能夠?qū)ζ魃韮?nèi)部的絕緣完整和受潮情況作出準(zhǔn)確的判斷[4]。按照技術(shù)要求，高壓繞組對(duì)低壓繞組及地之間和低壓繞組對(duì)地的絕緣電阻均不低于200 MΩ。C6修前后的絕緣電阻統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2：

表2 繞組絕緣電阻 MΩ

從表2可知，各繞組絕緣電阻均滿足要求。通過對(duì)比表明，經(jīng)C6修后的各繞組絕緣電阻顯著提升。由此可知，C6修較有利于提升繞組絕緣水平，檢修效果顯著。此外，還對(duì)C6修中的變壓器進(jìn)行了工頻耐壓和感應(yīng)耐壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)HXD3C型機(jī)車主變壓器的主絕緣和縱絕緣狀態(tài)，結(jié)果合格。

1.2 主變壓器部件檢修

重點(diǎn)分析HXD3C型機(jī)車主變壓器高低壓套管在C6檢修中暴露的典型問題，并闡述確定部件檢修策略的基本原則和思路。

1.2.1高壓套管檢修

高壓套管作為接觸網(wǎng)與主變壓器的連接載體，對(duì)其檢修策略需得到充分的論證。本次統(tǒng)計(jì)的HXD3C型機(jī)車主變壓器高壓套管在C6修中大部分進(jìn)行了更新，占總數(shù)的71%。為適應(yīng)特殊運(yùn)行線路環(huán)境，在高壓套管與高壓T型頭連接處涂硅膠(用于提升防護(hù)、絕緣水平)，見圖3。硅膠在C6修時(shí)無(wú)法徹底清除，這是造成高壓套管更新的主要原因，占更新總數(shù)的54%。

圖3 高壓套管個(gè)性問題

針對(duì)這一現(xiàn)象，在確定部件C6檢修策略時(shí)，不僅需考慮部件個(gè)體質(zhì)量問題，還需掌握同部件在全路的運(yùn)行狀態(tài)，避免以偏概全，造成C6修費(fèi)用增加。經(jīng)調(diào)查，從HXD3C型機(jī)車變壓器在全路運(yùn)行情況看，因高壓套管表面硅膠無(wú)法清除造成的套管不合格率僅約2.6%，且高壓套管在C6修中出現(xiàn)的質(zhì)量問題總體偏少。因此，以預(yù)先制定檢修計(jì)劃為指導(dǎo)，結(jié)合日常維護(hù)、定期檢查等內(nèi)容，通過采用計(jì)劃預(yù)防修的方式確保HXD3C型機(jī)車主變壓器高壓套管在整個(gè)生命周期內(nèi)始終處于正常的工作狀態(tài)，這是一種經(jīng)濟(jì)且適用于高壓套管的檢修策略。另外，檢修數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，因檢修防護(hù)不足導(dǎo)致高壓套管劃痕報(bào)廢的情況時(shí)有發(fā)生，這在今后機(jī)車變壓器C6修時(shí)應(yīng)重點(diǎn)予以防范。

1.2.2低壓套管檢修

HXD3C型機(jī)車主變壓器的低壓套管在C6檢修時(shí)暴露出的典型問題是低壓鍍銀銅排金屬表面鍍銀層氧化發(fā)黑，占比57%，見圖4。在如何確定低壓套管C6檢修策略的問題上，重點(diǎn)應(yīng)先從以下幾個(gè)方面著手研究：(1)鍍銀層氧化是否會(huì)對(duì)主變壓器的二次側(cè)連接產(chǎn)生不良影響；(2)鍍銀層氧化后是否存在脫落情況；(3)是否可通過重新鍍銀的方式實(shí)現(xiàn)低壓套管的檢修再利用。

圖4 低壓套管檢修

低壓套管鍍銀層被氧化區(qū)域均分布在直接與油接觸的表面，而冷壓接端子與低壓套管端板直接接觸位置無(wú)氧化現(xiàn)象，因此不會(huì)對(duì)變壓器二次側(cè)連接造成不良影響。鍍銀層氧化附著在套管表面，無(wú)脫落現(xiàn)象，不會(huì)對(duì)變壓器油質(zhì)造成影響。在C6修時(shí)對(duì)被氧化區(qū)域進(jìn)行打磨和加工，表面氧化層得到了有效去除并重新鍍銀，實(shí)現(xiàn)了低壓套管的檢修再利用。因此，以產(chǎn)品良好狀態(tài)和功能可恢復(fù)性為原則，通過采用計(jì)劃預(yù)防修的方式保證HXD3C型機(jī)車變壓器低壓套管的使用可靠性是經(jīng)濟(jì)、可行的。

1.3 主變壓器油檢測(cè)

為了更準(zhǔn)確地反映變壓器的器身狀態(tài)，指導(dǎo)器身和變壓器油C6檢修策略制定，在解體檢修前預(yù)先對(duì)變壓器油進(jìn)行檢測(cè)。變壓器油檢測(cè)通常包括油理化檢測(cè)和氣相色譜檢測(cè)。油理化檢測(cè)是用來(lái)評(píng)估變壓器油的劣化程度，關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)包括閃點(diǎn)、酸值、含水量、介質(zhì)損耗因數(shù)及擊穿電壓等。氣相色譜檢測(cè)是用于分析油中溶解特征氣體組分、含量，輔助判斷變壓器內(nèi)部是否存在過熱或放電故障。文中對(duì)油的氣相色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果見表3。

表3 氣相色譜結(jié)果 ×10-6

從表3可知，除少部分主變壓器出現(xiàn)氣體含量超標(biāo)問題，絕大部分油中的溶解氣體含量較低。針對(duì)個(gè)別主變壓器出現(xiàn)氫氣、乙炔含量超標(biāo)現(xiàn)象，經(jīng)確認(rèn)是因變壓器油受潮而發(fā)生電離。由此可見，氣相色譜檢測(cè)可準(zhǔn)確判斷機(jī)車變壓器內(nèi)部存在電氣故障。需指出的是，僅通過氣體含量超標(biāo)是不足以判定變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，還應(yīng)結(jié)合變壓器繞組結(jié)構(gòu)、特征氣體增長(zhǎng)率、電氣試驗(yàn)、歷年故障及吊芯檢查等方面進(jìn)行綜合判斷。另外，通過油理化檢測(cè)表明，油的閃點(diǎn)、酸值等指標(biāo)均合格，并確立了油過濾再利用而不更新的檢修方式。

2 機(jī)車牽引變壓器C6吊芯檢修策略研究

參照DL/T 573—2010《電力變壓器檢修導(dǎo)則》的規(guī)定，變壓器大修通常是指對(duì)油浸變壓器進(jìn)行放油吊芯(或吊開箱蓋)或進(jìn)入油箱內(nèi)部進(jìn)行檢修。變壓器大修周期一般不低于10年，具體時(shí)間需根據(jù)變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造水平、日常負(fù)荷、歷次試驗(yàn)及油樣分析等情況，合理安排提前大修或延長(zhǎng)大修[5]。機(jī)車牽引變壓器與普通電力變壓器相比，工作條件和運(yùn)行環(huán)境更加惡劣，如連續(xù)而強(qiáng)烈地機(jī)械振動(dòng)和沖擊，網(wǎng)壓波動(dòng)范圍大及高頻諧波成分等，對(duì)變壓器內(nèi)部絕緣材料的性能和壽命有較大影響。在C6修時(shí)，對(duì)主變壓器進(jìn)行全面“體檢”，預(yù)防潛在故障風(fēng)險(xiǎn)，這是延長(zhǎng)主變壓器壽命的一種行之有效的策略。

變壓器經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間負(fù)載工作后，油中會(huì)緩慢形成少量弱腐蝕性油泥，其中的一部分沉于油箱底部，其余的隨油循環(huán)附著于器身線圈等部位，油泥對(duì)器身絕緣和油品均會(huì)產(chǎn)生不良影響，改善器身清潔度狀態(tài)對(duì)提高變壓器電氣絕緣水平至關(guān)重要。器身采用油-紙(板)絕緣結(jié)構(gòu)，絕緣紙板長(zhǎng)時(shí)間浸泡在高溫的絕緣油中逐漸會(huì)發(fā)生熱、電老化現(xiàn)象，當(dāng)變壓器出現(xiàn)過熱、過載等情況時(shí)，老化問題將更加突出。絕緣紙板老化首先會(huì)帶來(lái)機(jī)械性能的下降，易產(chǎn)生絕緣破損問題，嚴(yán)重時(shí)可能造成放電或擊穿故障[6-7]。因此，通過及時(shí)發(fā)現(xiàn)破損點(diǎn)并進(jìn)行絕緣補(bǔ)強(qiáng)，保持主變壓器絕緣結(jié)構(gòu)完整，這對(duì)主變壓器使用可靠性的提升大有裨益。

目前，進(jìn)入C6修的HXD3C型機(jī)車變壓器運(yùn)行時(shí)間基本長(zhǎng)達(dá)10年以上，因此對(duì)該機(jī)型變壓器進(jìn)行吊芯檢修是必要的。然而，針對(duì)不同機(jī)型和運(yùn)用情況的主變壓器，需在充分考慮吊芯檢修周期與機(jī)車運(yùn)行特點(diǎn)相適應(yīng)的基礎(chǔ)上實(shí)施有計(jì)劃、有針對(duì)的調(diào)整。例如HXD1D、HXD3D型準(zhǔn)高速客運(yùn)電力機(jī)車，具有運(yùn)行速度高、走行里程增加快等特點(diǎn)，變壓器C6修周期平均總走行時(shí)間僅6.5年左右，因此對(duì)該機(jī)型變壓器在C6修時(shí)是否吊芯檢修需進(jìn)行深入研究。通過制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯糠桨?，重點(diǎn)圍繞器身絕緣壽命評(píng)估與預(yù)測(cè)、變壓器電氣檢測(cè)與油樣分析、橡膠密封件老化評(píng)估等要素展開分析，剖析返廠試修的主變壓器存在的典型問題，這將是科學(xué)評(píng)估吊芯檢修必要性的重要舉措。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)HXD3C型機(jī)車牽引變壓器檢測(cè)、部件及油檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)果表明C6修后的主變壓器整體狀態(tài)良好，滿足HXD3C型機(jī)車的運(yùn)行要求。結(jié)合對(duì)變壓器高低壓套管檢修情況，提出了部件檢修策略的確定需以部件檢修狀態(tài)和數(shù)據(jù)為支撐，以掌握部件質(zhì)量規(guī)律為指導(dǎo)的基本工作思路，通過評(píng)估部件不合格狀態(tài)對(duì)主變壓器的影響，結(jié)合部件功能的可恢復(fù)情況，指導(dǎo)部件C6檢修策略的合理選擇。另外，在剖析機(jī)車牽引變壓器吊芯檢修的基礎(chǔ)上，提出了對(duì)確定HXD1D、HXD3D型準(zhǔn)高速客運(yùn)電力機(jī)車主變壓器C6吊芯檢修周期的思考及方法。