牽引變壓器絕緣故障研究

摘要：現(xiàn)如今，國(guó)家對(duì)鐵路建設(shè)的重視度不斷提高，在該領(lǐng)域加大了投入力度，中國(guó)鐵路走出了發(fā)展的低迷時(shí)期。為了避免高速重載鐵路的運(yùn)營(yíng)受到不利影響，社會(huì)各界更加注重牽引供電系統(tǒng)的性能。牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)中不可分割的一部分，承擔(dān)著變電的責(zé)任。降低牽引變壓器絕緣故障的發(fā)生率具有積極意義。本文首先闡述了牽引變壓器的運(yùn)行特點(diǎn)，其次介紹了牽引變壓器絕緣性能要求，最后分析了牽引變壓器絕緣故障。

關(guān)鍵詞：牽引變壓器;絕緣故障

長(zhǎng)期以來(lái)，電氣化鐵路在諸多領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注，其對(duì)牽引供電系統(tǒng)的要求也日益提高。在牽引供電系統(tǒng)中，牽引變壓器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，不僅能夠?qū)﹄妷旱燃?jí)進(jìn)行變換，還能實(shí)現(xiàn)輸送電能的目的，倘若牽引變壓器的工作狀態(tài)較為理想，那么牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行也會(huì)更加順利;反之，牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行將受到不利影響。因此，在電氣化鐵路迅速發(fā)展的背景下，牽引供電系統(tǒng)應(yīng)不斷提高自身的安全性及可靠性，為列車的順利運(yùn)行提供良好保障。

1牽引變壓器的運(yùn)行特點(diǎn)

1.1沖擊性

對(duì)于電動(dòng)機(jī)車的起動(dòng)問(wèn)題，瞬間所需的電流通常會(huì)保持在較高狀態(tài)，大約為600安培。而高速列車與重載牽引車的起動(dòng)電流往往在600安培以上[1]。在此情形下，牽引變壓器的負(fù)荷是沒(méi)有預(yù)兆的，表現(xiàn)出明顯的突然性，在電流曲線中相當(dāng)于陡變的一種。

1.2非線性

牽引供電系統(tǒng)諧波具有豐富性的特點(diǎn)，與多種設(shè)備均存在緊密聯(lián)系，而電力機(jī)車是這些設(shè)備的重中之重。目前整流型機(jī)車在電力機(jī)車中占據(jù)很大比例，即用于牽引電機(jī)的直流電是經(jīng)交流電全波整流得到[2]，在正常運(yùn)行的過(guò)程中，牽引電流的波形通常不會(huì)出現(xiàn)明顯波動(dòng)，存在于方波和三角波之間，可見(jiàn)，諧波成分存在其中。倘若想準(zhǔn)確了解到存在于這類諧波源的諧波電流，那么可以通過(guò)設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，還可以通過(guò)供電電壓波形等完成。另一類為含有電弧和鐵磁非線性設(shè)備的諧波源[3]，這類諧波的出現(xiàn)原因十分繁瑣，還未體現(xiàn)出統(tǒng)一的計(jì)算方式。

2牽引變壓器絕緣性能要求

2.1電氣性能要求

隨著不斷的運(yùn)行，變壓器不僅要受到最大工作電壓的干擾，還要應(yīng)對(duì)多種過(guò)電壓，并且過(guò)電壓的影響極為關(guān)鍵，是決定變壓器絕緣水平高低的參考重點(diǎn)。

2.2機(jī)械性能要求

當(dāng)電流與變壓器繞組產(chǎn)生聯(lián)系時(shí)，電動(dòng)力將會(huì)出現(xiàn)于繞組導(dǎo)體中，此時(shí)對(duì)變壓器提出一定要求，要求其能夠在機(jī)械應(yīng)力的作用下順利運(yùn)行。從運(yùn)行過(guò)程的角度來(lái)看，必然會(huì)受到電網(wǎng)短路的影響，從而耐受著相應(yīng)的電流沖擊。一旦遇到外部故障短路，引線、繞組中的電流將出現(xiàn)明顯改變，即高于額定電流，由于電動(dòng)力與短路電流的二次方為正相關(guān)，因此無(wú)論是鐵芯、繞組，還是油箱、引線，都會(huì)面臨著較大的電動(dòng)機(jī)械力。面對(duì)如此情形，變壓器出現(xiàn)引線、繞組位移的概率較大，導(dǎo)致絕緣損傷的狀況出現(xiàn)。

3牽引變壓器絕緣故障

牽引變壓器不僅承擔(dān)著變換著電壓等級(jí)的責(zé)任，而且需要給與電力機(jī)車一定能量，目前已建成或者在建的牽引變電所一次側(cè)電壓為220kV，對(duì)于較老的牽引變電，其應(yīng)用了110kV的牽引變壓器。電能如果想順利通過(guò)牽引變壓器，那么需通過(guò)高壓套管、高壓繞組、低壓繞組來(lái)完成。從電能傳遞通道的角度來(lái)看，牽引變壓器會(huì)因?yàn)槎喾N因素的干擾而出現(xiàn)種種故障，包括牽引變壓器本體構(gòu)件的生產(chǎn)、焊接原因，繞組位置與固定的不合理造成漏磁路徑經(jīng)過(guò)金屬器件產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象[4]，如果絕緣材料未保持原有的穩(wěn)定性，且呈現(xiàn)自然劣化的狀態(tài)，那么將會(huì)導(dǎo)致絕緣擊穿的狀況出現(xiàn)，進(jìn)而發(fā)生短路故障，在運(yùn)行的整個(gè)階段里，可能出現(xiàn)繞組變形的現(xiàn)象，或者出現(xiàn)過(guò)電壓沖等現(xiàn)象，從而加大了故障出現(xiàn)的概率。變壓器故障所發(fā)生的位置通常體現(xiàn)在兩點(diǎn)：其一為內(nèi)部故障;其二為外部故障。前者指的是郵箱內(nèi)出現(xiàn)的種種故障;后者指的是變壓器油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障[5]。

對(duì)這些故障進(jìn)行分類的過(guò)程中，通常以絕緣本身的內(nèi)涵為主要出發(fā)點(diǎn)。絕緣主要將不導(dǎo)電的物質(zhì)作為主要工具，避免電體呈現(xiàn)聚集狀態(tài)，使其能夠包裹起來(lái)，從而最大程度上防止觸電。良好的絕緣具有至關(guān)重要的作用，能夠避免電器設(shè)備與線路在運(yùn)行的過(guò)程中較為艱難，確保其保持在正常狀態(tài)，為人身觸電事故的降低提供有效幫助。隨著運(yùn)行過(guò)程的不斷推進(jìn)，變壓器的絕緣也不會(huì)始終保持穩(wěn)定性，性能也會(huì)呈現(xiàn)老化的趨勢(shì)，但其化學(xué)、電氣、機(jī)械性能依舊能夠保持較強(qiáng)的穩(wěn)定性，并不會(huì)出現(xiàn)故障。一旦發(fā)生異常情況，絕緣的老化速度將不斷加快，如果是變壓器油，那么油質(zhì)將會(huì)越來(lái)越差;如果是絕緣紙，那么其聚合度將越來(lái)越弱，變壓器絕緣狀況也不夠理想，當(dāng)高壓場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于電氣強(qiáng)度，將會(huì)出現(xiàn)擊穿。從外部絕緣的角度來(lái)看，由于牽引變壓器的運(yùn)行會(huì)處在多種天氣條件下，特別是揚(yáng)塵及風(fēng)沙天氣，對(duì)絕緣閃絡(luò)帶來(lái)不利影響。并且，由于套管的設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性，再加上制造工業(yè)的影響，有很大概率會(huì)出現(xiàn)局部放電，不斷侵蝕套管原本的穩(wěn)定性，對(duì)絕緣原本的作用帶來(lái)明顯制約。

結(jié)論

綜上所述，在高速鐵路迅速發(fā)展的21世紀(jì)，諸多領(lǐng)域?qū)恳╇娤到y(tǒng)的重視度不斷提高，對(duì)其實(shí)施檢修工作具有重要意義。在今后的發(fā)展中，該領(lǐng)域應(yīng)不斷分析牽引變壓器絕緣故障，找出存在的不足之處，及時(shí)采取合理且有效的措施將其解決，避免在運(yùn)行的過(guò)程中受到多重阻礙，為絕緣故障的排除奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王菲.淺談牽引變壓器絕緣故障與油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2019（25）：24.

[2]金貴陽(yáng)，楊克己，戴永軍，馬尚行.智能配電變壓器的串變調(diào)壓和基于漏磁的絕緣故障檢測(cè)技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（05）：103-108.

[3]龍英凱，王謙，李勇，李龍，毛磊.基于拉曼光譜的電力變壓器絕緣故障自動(dòng)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2020（01）：105-108.

[4]李浩，王福忠，王銳.變壓器絕緣故障類型的改進(jìn)型RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法[J].電源學(xué)報(bào)，2018，16（05）：167-173.

[5]李帥兵. 基于大數(shù)據(jù)分析的牽引變壓器絕緣老化特征提取與狀態(tài)診斷研究[D].西南交通大學(xué)，2018.

作者簡(jiǎn)介：司全龍（1987-02-18），男，漢族，山東菏澤人，本科學(xué)歷，湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究方向，電氣工程