机车电力电容器故障分析与应对措施探讨

2014-04-17言果

技术与市场 2014年12期

言果

(南车株洲电力机车有限公司，湖南株洲412001)

0 引言

目前在线路上运行的大功率和谐机车中，电力电容器成为了机车上不可或缺的重要部件之一。从电容器在机车上使用的功能来分，主要分为支撑电容器和二次滤波电容器。支撑电容器的作用是稳定中间直流电压，提供瞬时能量交换，与电源及负载交换无功，对于IGBT/IPM 牵引变流器，支撑电容器通过低感母排与IGBT/IPM 并联，简化了电路结构。二次谐振滤波电容作用是滤除单相四象限脉冲整流器输出的二次电流，稳定中间直流电压。

1 机车上电力电容器的特点

由于机车运行环境的特殊性，对电容器提出了极高的可靠性要求，需要耐受剧烈的振动，能在苛刻的环境中长时间运行。目前，机车上使用的电力电容器大多是采用真空注油工艺而成的自愈式金属化薄膜电容器。该电容器主材采用聚丙烯膜为介质，表面蒸镀了一层带花纹的薄金属作为导电电极。当通过电容的电压过高时，聚丙烯膜的薄弱点将被击穿，击穿点周围的金属导体迅速分解蒸发，形成金属镀层空白区，同时击穿点迅速恢复绝缘，从而大大提高了电容的可靠性。

虽然目前电力电容器使用的膜可靠性比较高，但若发生故障，仍有可能造成机破风险，甚至带来安全隐患，所以进一步提高电容器的可靠性和安全性成了机车运行上新的要求。

2 电力电容器的主要故障分析

电力电容器的主要故障表现为鼓肚、渗油、极间短路、极壳短路等。

2.1 鼓肚

在运行过程中，若电容器过热，将导致电容器内部的膜、油分解“汽化”，从而使电容器内部压力增大，在外部的表现为电容器鼓肚。一旦电容器内瞬间压力增加过大，将可能引起电容器的裂开或爆炸，给行车安全带来很大的隐患。分析其产生的原因主要有:①过电流或线路谐波含量大，造成电容器在运行中温升过高。②电容器在制造过程中，可能出现焊点焊锡与喷金层连接不可靠，连接线载流量过小，或散热效果差等原因。③电容器内部有部分元件的材料镀层被氧化，而这些氧化层会导致ESR 的升高，造成电容器发热增加。④实际运行环境的要求超过设计余量。

2.2 渗油

电容器渗油一般常出现在注油孔、绝缘子根部、焊缝等位置。产生的原因主要有:①注油孔或绝缘子根部密封性不良。②外壳上存在虚焊、砂眼等现象。

2.3 极间短路

电容器极间短路主要是指内部金属化膜之间产生了短路。产生的原因主要是外部的过电压导致电容器内部过热，造成电容器的介质短路。

2.4 极壳短路

电容器极壳短路主要是电容器芯子与外壳之间产生了短路，产生的原因主要有:①外部过电压造成。②环境温度过高，例如电容器安装在大电阻旁边，均可能产生电容过热。

3 对电力电容器故障应对措施的探讨

由于电力电容器在机车运行中的重要性，因此它的可靠性和安全性成了重要的运行考核指标。为了更好地解决电容器的常见故障，根据故障产生的原因，我们从产品设计、工艺及管理上提出以下解决建议。

3.1 从电容器设计上解决问题

①在电容器设计之初，最好能对实际的运用环境进行调研，保证电容设计数据的准确性及合理性。②对于容易造成尖端放电的部位，适当的考虑增加爬电距离，或者将电容器内的卡板设计由直角改为倒角。③金属化薄膜采用波浪分切技术，使元件的喷金接触面积大大增加，提高电容的耐涌流能力。④改善注油孔、端子根部的设计，加强该部位设计的密封可靠性，解决渗油问题。⑤在系统设计时，尽量避免在电容器周围放置大电阻的发热元件，给电容器创造良好的散热工作环境。⑥针对电容器存在爆炸的风险，建议在电容器中设计防爆保护装置，一旦达到电容器能承受的最大压力，则防爆保护装置自动开启，避免电容器爆炸事故的发生。