电压互感器在机车运用中的故障切除方案探讨

2010-05-04江利国

铁道机车车辆 2010年6期

江利国,李华

(1 湖南铁路科技职业技术学院,湖南株洲412000;2 广州铁路集团公司株洲机务段,湖南株洲412004)

株洲机务段配属的电力机车均采用 TBY1—25/100型电压互感器,在近几年的运用中,已发生多次因内部短路或其他原因造成互感器爆炸,引起车顶高压电气设备接地,导致机车发生机破,甚至烧断接触网,严重威胁运输安全。因此,对故障电压互感器进行适时切除,有效防止因互感器爆炸引起的机破故障,就成了一个亟待解决的课题。

1 结构与性能参数

TBY1—25/100型电压互感器用于监测电力机车行驶过程中接触网的电压,为油浸式结构,主要由线圈组、铁芯、油箱、瓷套、出线装置等部分组成。高压一次侧A端在油箱内经绝缘件架空绝缘后由套管引出,通过车顶高压金属软编线接25 kV高压。低压二次线圈出头a1、x1及高压一次线圈X端子、接地屏出线端子经0.2 kV套管引出。二次线圈输出100 V电压信号送入司机室网压表,接触网电压便可从司机室网压表上反映(电路如图1所示)。

高压电压互感器主要技术参数为:额定一次电压25 kV;额定二次电压100 V;额定负荷20 VA;准确级0.5级;单相、油浸自冷[1]。

2 改进措施

2.1 原因分析

电压互感器发生爆炸后,其内部线圈在一般情况下会直接接地,从而造成机车车顶设备接地,引起牵引变电所过流保护动作,而乘务员无法采取措施对故障互感器进行切除,只能降弓请求救援。

2.2 设计思路

当互感器发生爆炸后,在低压二次线圈可通过单级自动开关QA来切除,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。

图1 电压互感器TV电路原理图

互感器的高压一次侧A端通过高压金属软编线与车顶母线连接,如果互感器发生接地短路故障,能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。

2.3 改造方案

2.3.1 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=20 VA,U1=25 000 V,可算出 I1=0.04 A。可见正常状态下车顶电压互感器虽承受25 kV大电压,但通过电流很小,AB段最大通过电流大小约为0.04 A。φ 1.13 mm的明铜线通常情况下能承受17 A电流[2],所以φ 1 mm的铜线通常情况下能承受的最大电流小于17 A远大于0.04 A,故使用直径为φ 1 mm的明铜线可行,且可靠性强。

2.3.2 明铜线安装位置

用直径φ 1 mm的铜线代替高压金属软编线,将铜线分别安装在两根铜排上,组成的接线装置代替原有的AB段软编线,两铜排分别接在A点及B点(安装位置如图2所示)。

图2 用铜线代替高压金属软编线的安装位置图

2.3.3 铜排尺寸设计

铜排尺寸:160 mm×25 mm×5 mm,铜排一端打直径 φ 14 mm 孔2个,另一端打直径 φ 5 mm 孔1个(如图3所示)。

尺寸设计依据:

(1)铜排尺寸选择160 mm×25 mm×5 mm是根据原有AB段软编线所压线耳尺寸及现场测量、试验而定。

图3 铜排尺寸示意图

(2)铜排两端打孔的尺寸根据 A、B两点原有连接孔的尺寸而定,目的为充分利用原有结构,用直径φ10 mm的螺栓将直径φ 14 mm的孔连接在 A或B点上,用直径φ 4 mm的螺栓将细铜线连接在直径φ 5 mm的C和D两孔之间。

2.3.4 铜排间隙设计

两铜排装车后,必须保证两铜排间隙(CD间)在130—150 mm之间。在均匀电场中介电强度Eb在很宽的气压和电极间隙范围内的击穿电压服从巴申定律[3]。常态下气体Eb约为3 MV/m,起始电晕场强为2.3 MV/m。在不均匀电场下,气体Eb下降,起始电晕场强仅为0.4 MV/m左右。取Eb=0.4 MV/m,Ub=25 kV,则得d=62.5 mm,即取CD大于62.5 mm属安全区域,所以经过现场测量、试验,取CD间距为130—150 mm较为合适,能避免距离太近而造成两铜排间高压放电。