机车牵引变压器故障分析和诊断_任建华

1、文章编号:1007-6042(201101-0013-05机车牵引变压器故障分析和诊断任建华(太原轨道交通装备有限责任公司机车分厂山西太原030009摘要:本文从机车牵引变压器铁心和线圈的结构出发,详细分析了机车牵引变压器的故障和诊断的方法。关键词:机车;牵引变压器;故障;诊断中图分类号:U264.3+6文献标识码:B机车牵引变压器在结构、工作环境、运行方式等方面都与地面变压器有所不同,且时有过压、过流、超载等情况,使得机车牵引变压器提早出现了诸多潜伏性故障甚至击穿烧损。从结构上看,变压器的故障主要发生在铁心、线圈部位,故障的性质为过热、放电或兼之,因此对变压器各种故障进行诊断,确定运行变压器

2、故障状态,从而选择是返厂大修还是段方吊芯解决,十分关键。1铁心故障(1多点接地。铁心两点或两点以上接地,接地点间形成闭合回路,产生很大涡流,过热,油被分解;(2接地不良。由于接地片松动、铁心叠片松散、引出线对铁轭放电、铁心与油箱壁拉板松动或接触面有油漆等原因,使得铁心接地不良,局部过热,特征气体出现;(3片间短路。铁心绝缘层受损或老化,硅钢片短路造成铁心烧损;(4局部短路。由于穿心螺杆绝缘损坏、夹件夹紧位置不当碰到铁心、电焊头等金属异物落在铁心上,通过环流,局部发热,产生有害气体;(5夹紧装置松动。由于上下铁轭夹件、铁心固定装置松动,在变压器运行时,铁心和线圈产生很大的振动,音响大而且嘈杂。针

3、对以上铁心故障,通过检测变压器空载损耗、空载电流,确定铁心是否存在短路,因为短路时空载损耗与电流会增加许多。同时做色谱分析,如果CO、CO2含量没有或者很低,特征气体有H2、CH4、C2H4、C2H6且超标,油闪点降低,闻到焦糊气味,这表明铁心中存在短路、局部过热现象,需吊芯检查,吊芯后检测各部绝缘电阻,找出故障部位。2003年11月13日,接昆明机务段信息反馈,经太原轨道交通装备有限责任公司大修的2002年1月出厂返段运行的SS 3295机车422#变压器油色谱分析数据严重超标,如表1所示。表1 SS 3295机车422#变压器油色谱分析报告/(10-6名称H 2CH 4C 2H 4C 2H

4、 6C 2H 2CO CO 2总烃含量104.7897.21353.96625.6379.56148.6652.39256.2总烃合计为9256.210-6,超注意值几十倍,利用三比值法,三比值为022,为高于700e 高温度范围的过热性故障,进一步分析如下:(a气体CO 、CO 2含量正常,与出厂时变化量不大,且CO /CO 2或CO 2/CO 比值为非故障类,表明绝缘材料未受过热或放电损伤。(b利用放大缩小法,计算C 2H 2/C 2H 4=0.06<0.5,CH 4/H 2=8.57>3,得出三比值为022,结合烃类气体关系分析第3类,C 2H 4>C 2H 6>

5、C H 4>C 2H 2,确认为磁回路过热性故障非导电回路过热性故障,变压器铁心多点接地。(c利用经验公式,计算故障源温度T =322(C 2H 4/C 2H 6+525=585e 。通过以上分析,判定该变压器故障在铁心而非绕组结构,决定赴昆明机务段处理。吊芯结果如下:各绕组线圈状态正常。铁心夹紧,表面无异常现象。松开接地螺丝,检测上夹件(包括方铁对铁心绝缘电阻无穷大(出厂时100M 8,下夹件(包括方铁对铁心绝缘电阻为0(出厂时100M 8,在高压侧输入交流220V 电压,利用交流电流表测得接地电流为0.1A,综合分析铁心下铁轭接地,存在有多点接地。处理方法为起吊变压器器身,松开两侧方

6、铁螺丝,两下夹件呈松弛状态,用榔头稳定击打、振动下夹件,夹在铁心与高压侧夹件之间的木件止锁片掉了下来,多点接地故障解除。色谱分析每月跟踪,连续半年,符合要求并无变化。2 线圈故障机车牵引变压器线圈结构型式有层式、连续式、双饼式、螺旋式,其中层式、双饼式线圈结构简单,故障率低,发生部位在引出线处。单根绕制的连续式线圈故障主要发生在电位梯度高的上下段部分、正反段过渡的/S 0弯处以及线圈引出线处烧断。SS 4、SS 4G 、SS 8、SS 9电力机车主变压器与平波电抗器一体化,其平波电抗器线圈为3根并绕连续式,绕制难度大,机械强度要求高,发生的故障率很高。故障主要是线圈正反段里外/S0换位、引出线

7、与相邻线段之间的绝缘破损而导致线圈烧损,以及器身压紧螺丝在松动后,铁心芯柱六方形气隙垫块转动,割破绝缘筒,损伤线圈,甚至造成匝间短路。螺旋式线圈的故障率较高,其主要发生在螺旋线圈之间的/S0换位处及变压器部分线匝发生轴向或辐向位移,造成绝缘磨损而形成穿越性短路,特别是在次边短路的情况下,更容易发生,如2005年56月兰州铁路局SS3机车次边短路(T21等击穿,造成多台变压器绕组位移,引出线铜母变形、短路。下面结合实例对变压器的故障进行分析判断。2.1绕组局部放电SS4G212机车2003年5月上旬乘务员发现机车B节主变压器油温偏高,回段后检查B节1位电机轴温高,固定分路电阻14R烧断。变压器油

8、色谱分析,各项指标严重超标,数据如表2所示。表2SS4G212机车主变压器油色谱分析报告/(10-6名称H2CH4C2H4C2H6C2H2CO CO2总烃含量190.4937.8135.4106.283.2723.410531262.6分析以上数据得知:故障明显,三比值为122,放电与过热故障同时存在,其中C H4为总烃的主要成分,因此故障主要为局部放电,CO/CO2>0.1,变压器纸绝缘有烧损现象。赴段后对变压器外观检查发现,压力释放阀动作,变压器油色较重、不清亮,利用平波电感测定方法与相同感抗均压原理,输入交流220V,测得各绕组电感数据如下:C1Y1为20V,C2Y2为66V,C3

9、Y3为54V,C4Y4为76V。平波电抗器电感设计值C1Y1、C4Y4偏大,C2Y2、C3Y3偏小,结合实测数据分析得出:C2Y2、C3Y3、C4Y4电感值正常,C1Y1电感值大约为20 14/76=3.684mH,电感值很小,基本起不到滤波作用,因此使得14R交流分量过大电阻发红、烧断(此现象曾在SS4137机车试运中出现过。直流电机脉流系数过高,铁心产生涡流,温升超标。直流电阻试验C1Y1为010175超标、其他绕组正常,这表明C1Y1绕组3根并绕导线有绝缘击穿、短路现象,悬浮放电,击穿变压器油介质,产生C H4。短路使得绕组有效匝数减小,感抗变小,失去滤波作用。变压器回厂后解体,故障现象

10、与分析一致。2.2 绕组局部过热2002年12月12日接宝鸡机务段信息反馈,SS 4014#机车A 节主变压器油中特征气体含量较以前急剧增长,具体数据如表3所示。表3 SS 4014机车主变压器油色谱分析报告/(10-6名称H 2CH 4C 2H 4C 2H 6C 2H 2CO CO 2总烃含量116386.52516.8431.4124.410019983459.1总烃合计:34591110-6,超过注意值几十倍,相对产气速率为1912%。三比值为022,初步分析认为原因主要是过热性故障。赴段后检测变压器外部油路与风路循环系统正常。做直流电阻试验,平波电抗器C2Y 2绕组超标,且大大高于其他

11、绕组,初步判断有短路环产生短路电流,使得绕组局部过热烧损并绕导线。吊芯检测发现C2Y 2绕组引出线并绕3根导线其中2根已完全烧断,故障原因是A 柱的C2引出线与 X 图1 引出线烧断处柱同段绕组换位导线间短路,形成闭合短路环,产生环流,造成绕组局部过热,熔化引出线,如图1所示。以上分析的故障现象都比较明显,对于现象不明显如绕组过热烧损或短路部位在绕组内部不易发现的,可采用升压法:吊芯,对判断为故障的绕组施加10%20%的额定电压,匝间短路处会产生冒烟现象,从而找出故障点。对于多根并绕的导线之间的短路点,采用电阻法测定,以并绕两根导线为例(见图2,A C 、BD 两根导线在F 处短路,R a 为

12、AF 的电阻,R c 为FC 的电阻,R b 为BF 的电阻,R d 为FD 的电阻。用高精度电桥测量R AB 、R A C 、R BC 则可得: 图2 电阻法测定短路点R A =(R AB +R AC -R BC /2,W AF =R A W /R AC 。式中,W AF 为A 点至短路点的匝数,W 为总匝数。确定出短路点的位置后,用纸条对短路点进行包扎,并用1.0mm 厚的纸条隔开。2.3 高压引出线烧损怀化机务段SS 3B 5078#机车,2008年9月17日运行至芷江西冷水铺间K 1591+747M 处,机车突然跳主断且原边过流,次边短路灯一直亮,变压器室主断路器处冒烟,对此,乘务员立

13、即采取停车措施,请求救援。赴段后检查确认如下:(1同步变压器3TB炸裂成碎片,掉落多处,表明原边有过流过压;(2阻容保护柜4ZBC电容正反向检测无穷大,电容烧损;(3变压器室a2母排在铜排储油柜上安装支架处对角铁有放电痕迹, b4x4之间有放电痕迹,表明有过电压击穿现象;(4主变压器油色正常,压力释放阀无动作,硅胶少部分颜色变黑。主变压器吊芯检查:气味较重,器身引出线表面吸附有游离碳,绕组与连接铜排无位移和变形现象,检查A柱高压线圈引出线在线段根部烧断并有烧洞,绝缘筒边缘碳化,高低压线圈之间有电弧贯通现象,综合检查需返厂大修。表4所示为该机车2007年1月出厂后变压器运行的油色谱分析。表4SS

14、5078机车出厂后变压器运行油色谱分析表3BCH4C2H6C2H4C2H2CO CO2总烃三比值故障性质时间H22007.5.16126988420532446171413324617093100电弧放电2007.10.2510843166298335288929952308101电弧放电段方滤油后继续运行,滤后油样合格,无数据2008.4.14158931515198989684911403802100电弧放电2008.9.18302672234902105205313513628371100电弧放电2008.9.18油理化性能试验,变压器油有游离碳,闪点为123,已影响机车行车安全(5原因分析:从油色谱分析可以看出机车主变压器出厂后运行不久,有严重的电弧放电现象,表明变压器一直带故障运行,而且闪点很低,易着火,直至