SS4型电力机车主变压器的检测分析与故障诊断

1、SS4型电力机车主变压器的检测分析及故障诊断学院名称：专业名称：年级班别：姓名：指导教师：目录摘要31.SS4型电力机车主变压器的特点以及组成31.1 SS4型电力机车主变压器特点:31.2 SS4型电力机车主变压器的组成52. SS4型电力机车主变压器运行检修概况及色谱分析检测情况62.1 SS4型电力机车主变压器运行检修概况62.2 色谱分析检测情况73 变压器油箱内电器设备故障的诊断及处理检查73.1 故障发展趋势分析73.2 故障性质的诊断、处理及检查84 结束语94.1 SS4型电力机车主变压器油箱内电器故障诊断的特殊性及讨论94.2 强化油中溶解气体分析（DGA ）跟踪检测工作9参

2、考文献：10摘要主变压器 (又称为牵引变压器 ),是交 -直流传动电力机车中的重要电器设备,用来将接触网上取得的单相工频交流25KV高压电降为机车各电路所需的电压.主变压器的工作原理与普通单相降压电力变压器基本相同,但由于其工作条件特殊 ,特别是为了满足机车调压 ,整流电路的特殊要求 ,故在主变压器的设计及结构型式上均有自身的特点 .目前，采用溶解气体分析法（简称DGA ）检测变压器油中溶解气体，对主变压器运行状态进行诊断是维护变压器安全的重要手段。以前的资料介绍过 SS1、SS3型机车主变压器内部故障的诊断实例。但是，对于应用较多、结构相对复杂的 SS4型电力机车主变压器故障的诊断实例未见过

3、报道。本文就是基于这样的原因，首先阐述了SS4型电力动车主变压器的特点及组成，然后叙述了 SS4型电力机车变压器运行检修概况及色谱分析检测情况，然后再阐述变压器油箱内电器设备故障的诊断及处理检查，最后得出SS4型电力机车主变压器油箱内电器故障诊断的特殊性及讨论.关键词：主变压器溶解气体色谱分析1. SS4型电力机车主变压器的特点以及组成1.1 SS4型电力机车主变压器特点:(1)绕组多为满足机车调压及辅助设备用电的需要,主变压器除同侧高压绕组外,二次侧低压绕组有 :牵引绕组 ,辅助绕组 ,励磁绕组及采暖绕组等多个绕组,有的绕组还有多个抽头 .为保证各绕组之间耦合程度适当,有些绕组还需交叉布置,

4、这就给绕组的绕制和装配带来一定的难度.(2)电压波动范围大我国干线电气化铁道接触网的额定电压为()KV,即允许电网电压在19-29KV范围内波动 ,这就要求主变压器的铁心和绕组绝缘结构设计应留有足够的裕量,磁路的磁通密度不能过高 ,以满足高网压下正常工作的要求.(3)负载变化大随着机车运行条件的变化,主变压器的负载变化范围很大,这就要求主变压器应能承受较大的负载变化,并具有一定的过载能力 ,以保证机车可靠运行 .(4)耐振动机车运行中产生的冲击和振动将不可避免地传给主变压器,这就要求主变压器各部件应具有足够的机械强度,所有连接紧固件应有防松装置.(5)对阻抗电压要求高因主变压器二次侧绕组有较高

5、的短路故障机率,故绕组抽头间的阻抗电压不能太小 ,以满足机车对调压整流电路和短路保护的要求.(6)重量轻 ,体积小 ,用铜多为满足机车总体布置及减轻自重的需要,主变压器与同容量的电力变压器相比 ,应具有较轻的重量和较小的体积 .这就要求主变压器在设计上采用钢导线 ,高导磁率的冷轧电工钢片 ,强迫油循环冷却 ;工艺上采用真空干燥 ,真空注油等措施 ,来减轻重量和缩小体积 .由于变压器绕组多 ,容量大 ,故用钢量特别多 .通常 ,一般电力变压器的铜重与铁重之比为1:4左右 ;而主变压器一般为 1:2,有的甚至达到 1:1.用钢量多不但使主变压器造价高,而且还使冷却困难 ,冷却器庞大 ,这不利于变压

6、器的轻量化 .1.2 SS4型电力机车主变压器的组成主变压器由器身 ,油箱 ,保护装置 ,冷却系统和出线装置等部件组成.(1) 器身由铁心 ,绕组 (线圈 ),器身绝缘和引线装置等组成 .(2) 油箱是油浸式主变压器的外壳 ,变压器的器身就放在充满变压器油的油箱内 .对油箱的基本要求是 :(1)在保证内部必要的绝缘距离条件下 ,尽可能减小体积 ,以节约用油 ;(2)应具有必要的真空强度 ,以便在检修时能利用油箱进行真空干燥 ;(3)油箱外部各种附件的布置应便于安装和维护 .变压器的器身放在充满变压器油的油箱中.由于主变压器与平波电抗器共用油箱 ,下油箱形状呈凸字形 ,大腔用于安装主变压器的器身

7、,小腔用于安装平波电抗器 .两腔之间设置一块铝板,用以隔磁 .下油箱由钢板焊接而成.在油箱壁上焊有吊攀 ,用以起吊整台变压器 ,油箱壁上焊有安装板 ,安装板上有安装孔 ,用螺栓通过橡胶垫把变压器固定在车体上.箱壁四周焊有一些加强筋板.箱壁上装有压力释放阀 ,以便迅速排出箱内过高的压力.另外 ,在箱壁上还开有冷却系统的进出口管道 ,油冷却器就安装或固定在箱壁上 .油箱上装有油管 ,用于接通油路 .在油箱壁的下部装有 50活门和一个油样活门 ,50活门用于注油 ,滤油和放油 ;油样活门用于取油样 ,以对变压器油进行化验 .油箱壁上装有压力释放阀 .箱底的钢板上设置多个定位钉 ,以对变压器 ,平波电

8、抗器定位 .箱底上设有放油塞 ,用于放净箱底残存的变压器油 .箱壁多处开有长方形孔,上部的方孔是安装出线装置用的,下部的方孔是作为手孔用的 ,用于平波电抗器的底部安装.(3) 变压器油是从石油中提炼出来的优质矿物油 .在油浸式变压器中 ,变压器油既是一种绝缘介质 ,又是一种冷却介质 .因此 ,对变压器油的要求是 :介质绝缘强度高 ,粘度低 ,网点高 ,凝固点低 ,酸值低 ,灰粉等杂质及水分少 .变压器油中只要含少量水分和杂质就会使绝缘强度大为降低 (含 0.004%水分时 ,绝缘强度降低约 50%).此外 ,变压器油在较高温度下长期与空气中的氧接触时会逐渐老化,在油中生成不传热的悬浮物 ,堵塞

9、油道 ,并使酸值增加 ,绝缘强度降低 ,这对变压器的安全运行是十分不利的 .(4) 主变压器运行中产生的所有损耗将转变为热能 ,使各部件的温度升高 ,当主变压器温升超过规定的限值 ,将使绝缘损坏 ,直接影响主变压器的使用寿命(2030年 ).因此 ,主变压器必须具有相应的散热能力.(5) 主变压器各绕组的引线从油箱内引至油箱外时 ,必须采用出线装置 ,以便使带电的导线与接地的油箱绝缘 .2. SS4型电力机车主变压器运行检修概况及色谱分析检测情况2.1 SS4型电力机车主变压器运行检修概况这里介绍的 SS4型电力机车是铁道部株洲电力机车工厂1993年7月生产的 SS4号机车。该机车配属乌兰察机

10、务段，一直担当乌兰察至包头间的货运牵引任务。截止至目前，该机车总走行11001192km，架间走行 32182km。其间此机曾两次中修（周期修制），主变压器等充油电器未见异常。2.2 色谱分析检测情况自从 2009年 11月16日首次对 SS4号机车 A端（也称 A节）主变压器（容量：4760kVA；油质量： 2125kg；油保护方式：开放式）进行变压器油气相色谱分析，发现油中特征气体严重超过国家标准提出的注意值&*( 。此后变压器就一直处于跟踪分析状态，直至 2010年4月我们共进行了 2 次油中溶解气体色谱分析，其检测数据如表 1所示。表1 SS4端主变压器油色谱分析数据检测组分检

11、测日期备注H 2COCO2CH 4C2H 2C2H 6C2H 2C1+C 2首次超2009.11.16210103012335322332324532标2009.11.292143365632245345324245724572010.01.2134555462134532135642146324672010.02.111223445444245242466242442224556245虑油 2h2010.03.264324544224514556262344246234虑油 4h停运检2010.04.1041341452546672462245672244446244562445查3 变压器

12、油箱内电器设备故障的诊断及处理检查3.1 故障发展趋势分析由表 -1可以看到，检测后的前 13天（到 11月29日），这台变压器油中特征气体增长很快， 其相对产气速率为 2067.8%/月。可见相对产气速率远远大于国家标准提出的 10%/月，说明变压器油箱内电器的故障发展趋势是比较严重的。3.2 故障性质的诊断、处理及检查充油电器内部的故障一般分为电性和热性两大类。我们按照国家标准推荐的“三比值法”，对 11月29日测定的有关组分 (H2、CH4、C2 H2 、C2H 6 、C2H 2)及含量进行了比值计算。 经查对，比值编码为 “0 2 2”，所对应的故障性质为高于700°C高温范

13、围的热故障。 由于本机车的检修周期 （即第 11次辅修年检）未到， 因此，作出了继续运行的处理意见。根据机车主变压器色谱分析周期的安排，我们于2010年1月21日（表 -1）进行了第三次变压器油中溶解气体检测及故障诊断。值得注意的是在此次“三比值”法中，比值的编码已为“1 0 0”，此编码在国家标准中不存在；我们选用“改良电协研” 法进行诊断，诊断结论为“电弧放电兼过热” 。然而，仍然是检修周期等原因，这台机车变压器再次继续运行。2010年 2月，对变压器油采取了真空滤油处理（滤油过程中色谱检测数据见表-1）后，该变压器继续投入运行，并于 3月26日进行了色谱跟踪分析。我们再次进行了故障性质的

14、诊断，诊断的结论仍然是“电弧放电兼过热”。同时，按照对固体绝缘材料是否被破坏进行了诊断。由于CO/CO 2的比值超出正常范围 (0.09<CO/CO2<0.33 ）,且油中 CO含量与 H2含量存在相关性（由表 1看到 CO与H 2相伴增长），显然，“电弧放电兼过热”破坏了固体绝缘材料。2010年4月10日，在此机车进行第 11次辅修年检时，对 A端主变压器进行了吊芯解体检查，检查发现，平波电抗器绕组烧损。4 结束语4.1 SS4型电力机车主变压器油箱内电器故障诊断的特殊性及讨论SS4型电力机车主变压器与平波电抗器共一油箱（类似的有SS6、SS8），由统一的散热器和通风机通过潜油泵

15、强迫油循环散热。显然，当主变压器、 平波电抗器及潜油泵任一电器发生故障，变压器油中都会产生故障特征气体（见表1），因此，给确定故障的原因和部位带来困难。所以，在本实例中，一开始就强调是主变压器油箱内电器出现故障， 而这一故障的准确部位也只有在解体检查时才能证实。作者与他人曾系统研究过电力机车主变压器油中特征气体的关系304，检测及统计数据表明：在 114台SS4型电力机车主变压器油中，特征气体超过注意值的比率达 10.5%，且多属过热性特征气体。 我们认为，这是一个值得有关方面 （研制、生产、使用等单位）注意的问题。4.2 强化油中溶解气体分析（DGA ）跟踪检测工作要加强对 DGA 工作的认

16、识， 发挥其在电力机车状态维修中的作用。DGA 方法是电力设备预防性试验规程32项试验中的第一项。本文所介绍的实例处理过程说明加强对 DGA 工作认识的必要。本实例的诊断经验表明，如在2009 年11月 16 日的检测、诊断结论后对此台机车主变压器采取停运检查，是能够减轻故障对设备造成的损失的； 在后来采取的真空滤油的措施说明缺乏对特征气体产生机理的认识。 一般情况下， 变压器及充油电器的故障初期往往为过热，最终却是电性故障的表现形式。 如长时间处于高温过热的电器 （变压器油中产生过热气体C2H4），其绝缘材料不断劣化（变压器油中CO/CO2 比值发生变化），最后是绝缘击穿（变压器油中 C2H2与 H2气体的急剧增长）。显而易见， SS4号机车变压器油箱内平波电抗器故障性质的变化过程正是如此。实践证明，DGA 方法是目前应用于变压器等充油电器运行状态检测的先进技术，对故障的及时和准确诊断是这一技术的特点，应发挥DGA 技术在电力机车状态检修中的作用。参考文献：1 何宏群 , 关于 SS1 型电力机