SS8型機(jī)車主變壓器阻容柜技術(shù)改進(jìn)分析

楊岸巍

（中鐵建軌道運(yùn)營有限公司，北京 100038）

SS8型電力機(jī)車變壓器阻容柜技術(shù)改進(jìn)是為了克服和諧型電力機(jī)車所產(chǎn)生的高次諧波對(duì)直流電力機(jī)車的危害。該裝置由新型波紋式電阻、軸流通風(fēng)機(jī)、支架、電源穩(wěn)壓裝置、輔助電路組成。改造后裝置的主要特點(diǎn)是改善電阻功率，減少電阻產(chǎn)生的熱輻射；優(yōu)化電阻安裝位置，改善通風(fēng)條件，便于維護(hù)；增加電源穩(wěn)壓裝置，優(yōu)化輔助電路功能，確保配件壽命和運(yùn)用可靠性。該裝置改造后，可大大降低由于阻容保護(hù)電阻燒損而產(chǎn)生的機(jī)車故障，同時(shí)，可在其他國產(chǎn)直流電力機(jī)車上推廣使用。

1 裝置改造前狀態(tài)

機(jī)車阻容柜主要作用是吸收電網(wǎng)不同頻率的諧波分量，吸收過電壓，對(duì)變壓器及整流柜進(jìn)行保護(hù)，通過近年的使用，發(fā)現(xiàn)某機(jī)務(wù)段配屬34臺(tái)SS8型機(jī)車，阻容柜RC電路中的電阻普遍發(fā)生過熱變色、裂紋、燒損現(xiàn)象，新更換的電阻運(yùn)行不到10萬公里，電阻表面顏色就由白銀色變成灰黑色，隨著時(shí)間的延長，電阻表面顏色越來越黑，產(chǎn)生裂紋，最后燒損，一年更換燒損電阻40多個(gè)，電阻過熱燒損后致使連接導(dǎo)線過熱，套管融化，此種現(xiàn)象在大修廠也經(jīng)常發(fā)生，有時(shí)新大修機(jī)車試驗(yàn)時(shí)就發(fā)生，一旦線路燒損，還會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)隱患。

由于高次諧波分量、過電壓吸收不徹底對(duì)機(jī)車變壓器質(zhì)量產(chǎn)生影響，繞組線圈過熱、變壓器油指標(biāo)色譜化驗(yàn)指標(biāo)經(jīng)常不合格，同時(shí)，高次諧波分量、過電壓對(duì)整流柜內(nèi)整流管影響也很大，使整流管質(zhì)量下降，有時(shí)發(fā)生擊穿現(xiàn)象，一年更換性能下降整流管13個(gè)，燒損整流管12個(gè)，由于高次諧波分量、過電壓的影響，機(jī)車運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生次邊過流故障，微機(jī)保護(hù)動(dòng)作，給列車運(yùn)行帶來隱患。

2 主要研究的內(nèi)容

此次阻容柜改造主要研究的內(nèi)容是高次諧波的頻率，電阻的型號(hào)、容量、熱輻射，電源穩(wěn)壓裝置，散熱及具體安裝。

（1）高次諧波檢測結(jié)論，在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生的頻率在2.5～3.5kHz的高次諧波電壓，通過接觸網(wǎng)傳遞到SS8型電力機(jī)車上產(chǎn)生的高次諧波電流、電壓幅值超過基波的35%。

（2）電阻換型，在不改變原有電阻阻值的前提下，設(shè)計(jì)一種新型電阻替代原有鋁殼電阻。新型的電阻需要較大的功率，優(yōu)越的散熱能力，電阻本身有超強(qiáng)的耐熱性能；即使電阻本身出現(xiàn)問題，也絕對(duì)不能影響其他器件的正常使用。

（3）穩(wěn)壓電源，由于機(jī)車本身的電壓不穩(wěn)定，波動(dòng)范圍較大，需要為改造項(xiàng)目提供一整套穩(wěn)壓系統(tǒng)，為改造項(xiàng)目提供穩(wěn)定可靠的電源環(huán)境。同時(shí)，本身必須擁有極強(qiáng)的自我保護(hù)能力，使項(xiàng)目本身能夠可靠地運(yùn)行。

（4）散熱裝置，在不影響其他器件的前提下，充分考慮電阻的通風(fēng)散熱問題。在有限的空間內(nèi)，加快電阻周邊的空氣流動(dòng)，將電阻產(chǎn)生的熱量能夠在較短的時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散開，不能使能量集中到電阻周邊，對(duì)電阻產(chǎn)生不利的影響。

（5）安裝位置，由于SS8型機(jī)車內(nèi)部空間狹小，電器環(huán)境復(fù)雜，改造充分考慮電器絕緣性能，以及各種器件的小型化，充分考慮到人員的檢修、維護(hù)的便捷。

（6）輔助電路設(shè)計(jì)，當(dāng)機(jī)車牽引風(fēng)機(jī)工作時(shí)，系統(tǒng)風(fēng)扇停止工作，牽引風(fēng)機(jī)不工作時(shí)，系統(tǒng)風(fēng)扇工作，提高風(fēng)扇使用壽命。

3 技術(shù)方案及工作原理

為解決上述問題，本研究改造項(xiàng)目采用以下技術(shù)方案：一種是過電壓保護(hù)吸收回路改進(jìn)，通過加大阻容串聯(lián)吸收回路電阻的功率。二是改變電阻周邊的通風(fēng)環(huán)境，保證過電壓保護(hù)回路的正常工作。

其改造原則是在保證原有機(jī)車RC電路設(shè)計(jì)值不變的前提下，對(duì)其發(fā)熱電阻的表面溫度從傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射方面進(jìn)行改善。

（1）對(duì)原阻容柜進(jìn)行改造，取消原有阻容柜中4組（每組2個(gè)6.2歐×600瓦并聯(lián)，相當(dāng)一個(gè)3.1歐×1200瓦）的鋁殼電阻，換成4組（每組2個(gè)6.2歐×2000瓦，相當(dāng)一個(gè)3.1歐×4000瓦）機(jī)車特制線繞電阻。把每組2個(gè)6.2歐×2000瓦機(jī)車特制線繞電阻并聯(lián)安裝在一塊絕緣板上，并將每個(gè)絕緣塊均勻分布地安裝在一個(gè)新電阻柜中，把電阻柜安裝在原柜支架的右側(cè)。

（2）在該電阻表面噴涂一種專用散熱的納米涂料，增加電阻表面約25%的熱量輻射。

（3）增加220VAV(160～270V范圍工作)的特種交流通風(fēng)機(jī)組柜（4個(gè)風(fēng)機(jī)），即當(dāng)機(jī)車處于升弓整備、停車狀態(tài)時(shí)，該風(fēng)機(jī)組給RC電路的電阻進(jìn)行通風(fēng)散熱，加強(qiáng)其環(huán)境空氣的對(duì)流，增強(qiáng)電阻散熱功能，降低周圍溫度。在機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)，牽引通風(fēng)機(jī)工作時(shí)，則該風(fēng)機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

另外，該風(fēng)機(jī)有欠壓、短路等自動(dòng)保護(hù)功能，如發(fā)生故障，會(huì)自行保護(hù)，也可人為斷開，不會(huì)影響機(jī)車安全行駛。方案確定后在2臺(tái)SS8機(jī)車上進(jìn)行了試裝考核試驗(yàn)，通過兩臺(tái)機(jī)車監(jiān)測溫度顯示，安裝使用通風(fēng)機(jī)后，RC電路的電阻表面溫度顯著降低，溫度在100～120℃，極大地改善了工作環(huán)境和條件，保證了機(jī)車的安全運(yùn)行。

主電路原理圖，如圖1所示。

圖1 主電路原理圖

輔助電路原理圖（如圖2）。

圖2 輔助電路原理圖

此次改造解決的技術(shù)關(guān)鍵問題主要是更換波紋電阻器，增大電阻間的間距，表面涂有專用涂料，提高散熱傳導(dǎo)特性、使電阻增加表面熱量輻射、提高瞬間大電流抗沖擊能力等；增加散熱風(fēng)機(jī)箱，增強(qiáng)電阻散熱功能；散熱風(fēng)機(jī)箱內(nèi)采用獨(dú)立的由單片機(jī)控制的穩(wěn)壓電源。使用雙重電路保護(hù)；整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使之合理，方便維護(hù)。

4 結(jié)語

試裝的兩臺(tái)SS8型機(jī)車，經(jīng)過9個(gè)月的運(yùn)行考核，改造過的主變壓器阻容柜牽引繞組新型過電壓保護(hù)裝置具有性能穩(wěn)定、故障率低、加裝改造方便等優(yōu)點(diǎn)，沒有發(fā)生機(jī)破、臨修。有效地解決了SS8型電力機(jī)車在和交流傳動(dòng)機(jī)車、動(dòng)車混跑時(shí)造成的牽引繞組過電壓吸收電阻、電容慣性燒損的問題，節(jié)約了機(jī)車維修成本，防止因過電壓吸收電阻電容燒損造成的機(jī)車火災(zāi)隱患，確保了機(jī)車的正常運(yùn)行。該裝置值得在SS8型電力機(jī)車上推廣使用。