电力机车油浸式电压互感器故障分析及预防措施

潘建军 上海铁路局上海机务段

1 运行原理

SS8、SS9及SS9（改）型机车电压互感器型号均为TBY1-25，为油浸自冷式结构。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a1x1，输出100V电压信号送入司机室网压表（见图 1）。

图1 TBY1-25型机车电压互感器电路图

2 故障现象综述

统计发现，电压互感器高压引出连线烧损和高压线圈匝间短路烧损为最常见的电性故障现象。

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。此类现象占故障大多数，其性质最为恶劣，也最为严重，直接影响机车的行车和安全。图2为SS9-0213机车电压互感器高压引出线对电放电。

图2 SS9-0213高压线圈引出线对地放电

2.2 高压线圈匝间短路烧损

电压互感器本身阻抗很小，在主断路器合闸瞬间引起涌流，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，或者绕组线圈本身由于制造工艺上存在缺陷，造成层间绝缘破坏等。由于箱内温度急速升高，压力成倍增大，导致电压互感器箱盖炸裂，这种现象发生几率虽相对少见，但也可能造成弓网烧损等极其严重后果。图3为SS9-0002电压互感器高压线圈匝间短路烧损。

图3 SS9-0002电压互感器高压线圈匝间短路烧损

3 故障分析

3.1 高压引出线烧损

SS9-0213机车2011年4月3日因电压互感器故障造成机破。回段后车顶检查巡视，发现电压互感器外壳膨胀变形，压力释放阀动作，绝缘油由压力释放阀喷出。绝缘油呈黑色，呼吸器内硅胶变黑，表明电压互感器已击穿烧损。

进一步检查分析，故障击穿点为线包与高压引出线连接处，检查线包一、二次线圈状态正常，表明器身线圈匝间、层间、不同电位之间无短路击穿现象。

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。直至高压线圈引出线部位烧断，电弧、过热造成电压互感器内部绝缘油温度升高，内部故障气体压力急剧增大，达到压力释放阀动作值释放，待变压器油释放完毕后，平衡不能保证，最终造成油箱鼓包崩裂。因此，故障的原因主要是高压线圈A端引出线（φ0.67mm2）与接线片的焊接部位，因为其在焊接时焊锡融化处与导线末端存在不同热效应现象，造成断裂烧损。原因之二，高压连线在器身线圈引出线部位，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，更容易造成引出线在该部位发热、开断等故障现象。

3.2 线包匝间短路烧损

2011年9月10 日SS9-0002机车电压互感器发生箱盖炸裂，历次及返段后色谱分析数据如下（见表1）。

表 1 SS9-0002电压互感器历次及返段后色谱分析数据（μL/L）

返段后色谱分析数据表明该电压互感器发生了严重的放电与过热故障，并且性质涉及到绕组绝缘纸结构。检查电压互感器器身表面，清洁度差，绝缘油焦糊味很重，颜色发深有游离炭覆盖现象。引出线绝缘包扎紧实，铁心接地良好，引出线焊接状态正常。检测各绕组绝缘对地绝缘正常，检测高压与低压绕组绝缘电阻为0MΩ，绝缘呈导通击穿状态，进一步拆解互感器线包，发现高低压线圈层间绝缘大面积烧损，绝缘呈烧糊状态。原因分析：机车电压互感器线包为层式绕制结构，内2层是二次低压绕组，由0.9mm×2.00mm/1.04mm×2.06mmQQB型缩醛漆包扁铜线绕制而成，匝数100匝，外50层是一次高压绕组，由φ0.17和φ0.67mm2QQ-2型缩醛漆包圆铜漆包线卷绕而成，匝数共25000匝。故障的发生部位均在高压绕组部分，一方面，导线在焊接、过度、张紧等绕制过程中存在潜伏性质量缺陷，另一方面层与层之间使用大面积绝缘薄膜隔离，层数越多，绝缘薄膜使用就越多，气隙含量也多。当电压互感器箱体焊缝等漏油，或吸湿器硅胶失效时，这些气隙，漆膜和绝缘薄膜就会吸收微量水分，当微量水分超标或者气温突降时，水分遇到气温下降会在绕组表面结露，绝缘下降引起绕组闪弧，有时就会造成燃弧，气压急剧上升造成释放阀动作甚至烧损炸裂。

4 预防措施

按前述，机车电压互感器炸裂烧损主要是高压引出线连接部位，在检修过程中，由于焊接、弯折、机械损伤等一些因素，不可避免地造成质量隐患。因此，对于检修部门来说，采取有效、可控的措施十分重要，具体预防和改进措施建议如下：

4.1 高压引出线改进

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，具体工艺流程如下：

（1）拆解一次线圈（A端）引出线。

（2）引出线制作、焊接，检查高压引出线，重点检查其根部，有无扭曲，损伤现象。

（3）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）引出线连接装配，连接高压出线。

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 色谱分析跟踪控制

GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》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乙炔5μL/L、氢气150μL/L、总烃150μL/L，以及CO、CO2的含量和比值。色谱分析是一个辨证的问题，气体含量超过注意值即使很多，故障未发展到一定程度，吊芯后也难于查找，但涉及到放电故障又刻不容缓，其发展很快，发现后已无能为力。

根据多年的经验和分析，摸索、总结出机车电压互感器色谱分析响应数据表（见表 2）。

表2 电力机车电压互感器色谱分析响应数据表（μL/L）

5 结论

通过检修部门加强质量控制和改进检修工艺及预防措施的有效实施，同时化验部门根据电压互感器油中溶解特征气体应急响应数据，作好跟踪和控制。对于如何防止电压互感器油烧损着火的发生，从束手无策终于找到了一套完整有效办法，做到了可依和预知。