宋珺
中车太原机车车辆有限公司质量保证部 山西
摘要：机车高压电压互感器在机车运行使用过程中，发生的故障率很高，由于没有原次边过压、过流以及接地等保护措施，因此在其发生短路接地等故障后，会造成高压电压互感器烧损、炸裂、着火，导致行车中断。本文从高压电压互感器故障现象和分析为切入点，描述了高压电压互感器在检修、运用中发生的典型故障案例，并提出了改进工艺和预防措施。
关键词：电力机车高压电压互感器 故障类型 故障分析 预防措施和建议
1、电力机车高压电压互感器运行原理
机车高压电压互感器型号为TBY1-25/100，通过机车车顶高压金属软编线一次侧A端将25KV高压引入，用于监测电力机车行驶过程接触网电压和提供机车电度表电压信号，在油箱内高压连线经绝缘件架空后，通过器身线包由X低压端（与接地屏出线并联）0.2KV套管引出接地。低压二次线圈出头为a1、、x1，输出100V电压信号送入司机室网压表。
2、故障现象综述
高压电压互感器结构为油浸式自冷，主要由器身线包（高低压线圈组成）、高压引出连线、铁芯、接地屏、油箱、上油箱、瓷套、出线装置等部分组成，发生的故障和部位分述如下：
2.1、高压引出连线烧损
高压连线在其绝缘击穿后，通过电弧导电并对地（油箱壁）持续放电，导致特征气体含量急剧增加，压力不能持续释放，造成电压互感器烧损爆炸。电压互感器高压引线烧损，而导致箱体鼓包、炸裂、着火、爆炸等现象，占故障总数的95%以上，其性质十分恶劣。
2.2、高压线圈匝间短路烧损
高压电压互感器本身阻抗很小，在主断路器合闸瞬间操作过电压，合闸涌流引起电压互感器产生铁磁谐振过电压，过电压、过电流导致绕组线圈绝缘破坏。绕组线圈绝缘破损后内部绕组匝间短路发热，油箱内空气压力、温度升高、高压安全阀动作，变压器油喷出，运用中未能及时发现车顶情况继续运行，变压器油大量减少后，线圈冷却及绝缘状态恶化，电流急速增长烧毁线圈，造成线圈内部短路后接地。导致电压互感器箱盖炸裂，这种现象占故障总数的2～3%。
2.3、高低压引出连线开断
高压电压互感器在解体检修过程中，由于扭曲、弯折、焊接、以及导线机械应力的丢失，容易造成连接部位折损、开断等现象，形成故障隐患。一般情况下高压电压互感器故障部位均发生在电路部分，铁心从未发生接地、短路等任何故障现象，线包的烧损也大多发生在引出线部位，这是解决问题的立足点。
3、典型故障案例分析
3.1、高压引出线烧损
上海段SS90213机车2017年4月3日担当Z96次列车牵引任务，于姚村站出现主断路器动作，网压表显示为0，并使用车顶绝缘监测装置进行检测，网压表也显示为0，控制台上接地红灯亮，机车无法运行。回段后车顶检查，发现高压互感器外壳膨胀变形，压力释放阀动作，变压器油由压力释放阀喷出，油成黑色，呼吸器内硅胶变黑，油位无显示，表明高压互感器已击穿烧损。初步分析判定高压互感器爆炸是由原边高压线圈引出线绝缘对地击穿而放电烧损。从故障的烧损部位分析，是由于外部冲击过电压、操作过电压等瞬间高压，对高压引出线绝缘损伤而击穿烧损，本质上是由于高压引出线在连接部位存在质量缺陷，如焊接、连接状态、绝缘包扎等，在其自身损伤后，通过电弧导电，加剧损伤击穿外包绝缘后，导致一次高电压持续对地（油箱壁）放电。而故障的主要原因是高压线圈A端引出线（φ0.67mm2）与接线片的焊接部位。
其次，高压连线在器身线圈引出线φ0.67mm2部位，是电位梯度最高的地方，也是磁力线最集中的部位，在线圈引出线的拆解和装配包扎过程中，不可避免地造成反复扭曲、弯折、以及导线机械应力的丢失，更容易造成连线在该部位发热、开断等故障现象。
4、预防措施和建议
机车高压电压互感器炸裂烧损主要是高压引出线连接部位，由于焊接、弯折、机械损伤等一些因素，造成质量隐患，在发生烧损后，没有直接的保护和切除措施，又造成了故障的扩大。因此，对于检修工厂和机务运行部门来说，采取有效、可控的措施十分重要，具体预防和改进措施如下：
4.1、高压引出线连接由原焊接接线片改进为线鼻子压—焊连接状态，具体工艺如下：
4.1.1、引出线解体，拆解一次线圈（A端）引出线，要用专用工具刀和专用开口扳手固定操作，充分保证引出线不受力，弯折。
4.1.2、引出线制作、焊接高压引出线，重点保证其根部，有无扭曲，损伤现象。确认状态良好，预留引出线长度40～50mm，并使用1号细纱布轻轻拉磨出线部位漆膜约20mm长度处，拉磨时要保证导线不受力。
4.1.3、用压接好的高压引出线，与引出线固位接线鼻及线圈引出线长度比对，大致留好长度尺寸，与φ0.67高压引出线拧紧4匝以上。
4.1.4、焊接，用焊膏在焊接部位涂抹，用电烙铁把锡焊丝流畅熔化在焊接部位。
4.1.5、引出线连接装配，连接高压出线，接线环不能随螺帽转动，在操作过程中，保证油箱内接线柱到箱壁36mm。
通过以上工艺改进，避免了原接线片焊接缺陷，阻燃导线的选用不存在机械应力的丢失，彻底杜绝了高压引出线部位的质量隐患。
4.2、保护电路设计
由于机车在整车保护电路设计中，车顶设备对地短路接地，其自身不能保护，也没有直接的接地保护措施，需由牵引变电所的开关跳闸来进行保护，才会造成接触网断电现象。
4.2.1、改造设计思路，互感器发生爆炸后，如果能切除高压一次侧，就可以将互感器从电路中完全切除，维持机车的正常运用。互感器的高压一次侧A端通过金属软编线与车顶母线连接，互感器发生接地短路故障，切除该编织线就可以将故障互感器隔离，但该编织线可耐高压、大电流，当互感器发生短路产生大电流时不能自行熔断。通过分析，把解决思路放在高压金属软编线的改造上。
4.2.2改造方案，高压连接线选材，设电压互感器一次边输入功率为P1，电压为U1，电流为I1；P1=20VA，U1=25000V，可算出I1=0.04A。正常状态下车顶电压互感器虽承受25KV大电压，但通过电流很小，AB段最大通过电流大小约为0.04A。选用φ1.13mm2的铜线通常情况下能承受17A电流，所以φ1mm2的铜线通常情况下能承受的最大电流小于17A远大于0.04A,故使用直径为φ1mm2铜线可行，且可靠性强。
通过以上改造，在不影响电压互感器正常工作前提下，解决了由于互感器爆炸引起车顶接地故障难题。当电压互感器爆炸时AB段间可自行熔断，从而将故障电压互感器高压侧隔离，而机车仍能升弓受电，维持正常运行，避免了恶性事故的进一步扩大和发生。
5、结束语
机车高压电压互感器为变压器油浸式结构，线圈导线为漆包线，其绝缘结构不同于变压器绕组纸包绝缘纸，因此色谱分析与变压器油中溶解特征气体含量分析法（色谱分析法）过热放电有相同之处，但又有很大不同，如作为高电压产品，一般无过热特征，如果电压互感器没有任何故障，那么烃类气体含量均为痕量或为0，而机车牵引高压电压互感器气体含量超过注意值，也不能判断高压电压互感器有实质性的故障存在，因为机车过流过载发热总会有一定含量的气体产生。油中溶解气体分析和判断中，三比值法只是阐明了分析方法和手段，给予了特征气体含量注意值。色谱分析是一个辨证的问题，气体含量超过注意值或者很多，故障未发展到一定程度，吊芯后也难于查找，涉及到放电故障刻不容缓，发展很快，发现已无能为力，所以溶解气体分析和判断只能作为参考依据。