和谐型电力机车用变压器油运用质量可靠性分析与研究

冯　强

(1　中国铁道科学研究院， 北京 100081；2　天津电力机车有限公司, 天津 300452)



运用与检修

和谐型电力机车用变压器油运用质量可靠性分析与研究

冯强1,2

(1中国铁道科学研究院， 北京 100081；2天津电力机车有限公司, 天津 300452)

变压器油是一种矿物型绝缘油，具有绝缘、散热、冷却、灭弧等多方面的功能作用，同时具有化学、电气、低温等方面基本特性，运行中变压器油质量的好坏直接关系到电力机车主变压器的安全运行。本文结合相关研究，阐述了变压器油油样分析要求，并提出了变压器油性能的主要影响因素及维护措施。

变压器油； 电力机车； 分析； 性能； 维护

变压器油是指用于变压器、电抗器、互感器、套管、油断路器等输变电设备的矿物型绝缘油。变压器油油样分析试验在铁路和谐型大功率电力机车检修工作中发挥着重要的作用。因为运行中变压器油质量的好坏直接关系到主变压器的安全运行和使用寿命，乃至影响到整个机车系统的安全运行和经济效益。根据铁路路网性规划，天津基地作为中国铁路总公司和谐型机车检修基地之一，承担东北、华北地区和谐型电力机车高级修C5、C6修。截至目前，已经累计完成HXD3、HXD3C、HXD3B型机车高级修将近400台。在检修的过程中，每台机车都要对变压器油品进行化验、分析，从而判断其是否符合运用要求。本文结合相关研究，阐述了变压器油油样分析要求，并提出了变压器油性能的主要影响因素及维护措施。

1　机车检修变压器油检测项目及试验方法

根据电力机车检修技术规程和GB/T 7595-2008《运行中变压器油质量》的要求，归纳出变压器油的检测项目及试验方法，如表1所示。

表1　运行中变压器油检测项目及试验方法

2　变压器油各个检测项目技术指标

天津基地承担的铁路和谐型大功率电力机车检修的车型和修程修制分别有HXD3型二年检、HXD3型2次二年检、HXD3型C5修；HXD3B型二年检；HXD3C型二年检、HXD3C型C5修，针对上述不同车型、不同修程修制，变压器油各个检测项目的技术指标也不完全相同，见表2。

由表2可知不同车型机车二年检变压器油检测项目和技术指标都相同。同一车型HXD3型机车2次二年检相比二年检和C5修变压器油检测项目有所减少，而所检项目的技术指标略有提高，这是为了降低机车检修成本的同时提高机车检修效率；C5修和二年检变压器油检测项目相同，气相色谱的技术指标略有差别，这是由于C5修走行公里数和检修周期比二年检都长，导致气相色谱技术指标略有降低。HXD3型和HXD3C型机车C5修变压器油检测项目相同，气相色谱的技术指标有所差别，这说明机车车型不同，所要求的气相色谱技术指标也不同。

3　变压器油油样分析常见问题及处理方法

通过统计150多台机车入厂修变压器油油样分析报告，发现变压器油首次检测常见不合格检测项目有气相色谱分析(包括H2超标、C2H2超标和总烃超标)和介质损耗检测，不合格率分别为45.1%和5.2%。首检不合格的油样经过过滤之后，再次复检都合格。下面选取几台机车油样分析报告，并将首检和复检的检测数据进行对比，如表3。

根据表3检测数据，画出气相色谱首检与复检检测修程修制于2015年4月1日起进行了修订，修订前，为二年检、2次二年检；修订后，为C1～C6修，其中，C1～C4为低级修，由铁路局自行承担；C5、C6为高级修，由检修基地承担。

表2　不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油各个检测项目技术指标

表3　机车运行中变压器油油样首检和复检检测数据对比

数据对比图(图1)和介损首检与复检检测数据对比图(图2)。

由图1、图2可以看出机车变压器油油样分析首检中气相色谱不合格项(H2超标、C2H2超标、总烃超标)及介损不合格项，经过滤油并再次复检后，检测数据都达到合格标准。可见机车检修过程中变压器油油样分析可降低机车运行中变压器油出现故障的机率，提高运用可靠性。

4　变压器油性能影响因素分析与预防措施

变压器油具有绝缘、散热、冷却、灭弧等多方面的功能作用，为了更好地发挥这些功能作用，变压器油必须具备良好的化学、电气、低温等方面基本特性。针对其基本特性，结合在实际工作中近400台机车油品分析相关检测数据，对新车出厂时油品参数与经过运用一定时间和走行公里数后油品性能指标的变化对比分析如下。

4.1 化学性能

4.1.1酸值

酸值是变压器油制造及使用中的一项重要指标，酸值的大小从一定程度上反映了油的精制深度和氧化程度。低的酸值可以减少电导和对金属的腐蚀，并使绝缘系统的寿命延长。酸值超过规定值则需要对变压器油进行相应的处理，因此酸值是判断使用中的油品能否继续使用的一个重要参数。统计10台不同车型、不同修程修制机车日常变压器油油样分析报告中酸值首检值，如表4。

图1　气相色谱首检与复检检测数据对比图

图2　介损首检与复检检测数据对比图

表4　不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油酸值首检值

由表4可以看出不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油酸值首检值都符合国标规定值(小于等于0.1 mgKOH·g-1)的要求，同时都低于投入运行前油酸值的规定值(小于等于0.03 mgKOH·g-1)。而HXD3型和HXD3C型的变压器油酸值首检值，C5修机车相比二年检机车数值偏大，说明随着走行公里数的增加及检修周期的延长，变压器油酸值呈现上升的趋势，这表明变压器油发生了轻微的劣化，但都符合使用要求。

为了防止运行中变压器油继续劣化，可以向油中添加适量的抗氧化剂。加入抗氧化剂后，能有效地改善油的氧化稳定性，降低油氧化形成的酸性产物、沉淀物的含量，并抑制低分子有机酸的生成。同时，变压器充油不足需要补油时，最好补加同牌号的油，且补加油的酸值应不低于变压器内的油。

4.1.2闪点(闭口)

闪点(闭口)是变压器油的一项安全指标，是指当油品加热到有足够的油气产生，并在其上处加一个火焰，使油气在一瞬间着火的最低温度。为保证变压器的安全运行，运行中油一般要求闪点(闭口)不低于135℃，因为变压器油闪点高于此值才能保证安全。

除此之外，闪点(闭口)还是检验变压器油在储存和使用过程中有无污染，是否混油的参考依据。原则上不同厂家生产的变压器油、不同牌号的变压器油都不宜混合使用，必须混用时只有通过混油试验(测定混合油凝点和油泥析出试验)后，方可混合使用。这是由于不同厂家生产的变压器油、不同牌号的变压器油，其特性和适用范围并不完全相同。倘若变压器充油不足需要补油时，最好补加同牌号的油，补加油的闪点(闭口)值应不低于变压器内的油。

随机抽取10台不同修程修制机车日常变压器油油样分析报告，其闪点(闭口)首检值记录如表5。

表5数据显示：不同修程修制机车运行中变压器油闪点(闭口)首检值都满足国标规定值(至少大于等于135℃)的要求，同时都高于投入运行前油闪点(闭口)的规定值(大于等于135℃)。HXD3型二年检和C5修机车变压器油闪点(闭口)检测值都在150℃左右，这说明随着机车走行公里数的增加及检修周期的延长，变压器油闪点(闭口)检测值没发生明显的变化；但数值都远远超过135℃，从一定程度上保证了机车系统的安全运行。然而，HXD3型2次二年检机车变压器油闪点(闭口)检测值都高于150℃，是由于HXD3型2次二年检检修规程中规定机车变压器油闪点(闭口)大于等于140℃，这表明机车经过一轮二年检检修，变压器油或许经过一次处理，因而其规定值会相对升高。

表5　不同修程修制机车运行中变压器油闪点(闭口)首检值

4.2电气性能

4.2.1析气性

变压器油是由石油精炼而成的一种精加工产品，其主要成分为碳氢化合物，即烃类，它包括烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃，如CH4、C2H4、C2H2等。变压器油在受到电场的作用下，部分烃分子会发生裂解而产生气体，这部分气体以微小的气泡从油中释放出来，释放的越多，油品的析气量就越大。随着小气泡不断地增多、连接最终形成大气泡。由于气体与油之间的电导率有很大差异，在高电场的作用下，油中会产生气隙放电现象，有可能导致绝缘破坏。表6是12台不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油气相色谱首次检测数值。

表6　不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油气相色谱首检值

表6数据表明，不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油气相色谱检测都会出现或多或少的不合格现象(如H2超标、C2H2超标、总烃超标或者同时这几个指标多个超标)。HXD3C型C5修机车和二年检机车相比，气相色谱检测不合格现象无明显变化。而HXD3型变压器油气相色谱检测，虽然检修规程中规定值C5修机车比二年检机车有所放宽，但C5修机车不合格率却高于二年检机车，说明随着走行公里数的增加及检修周期的延长，发生烃分子裂解的现象较多，产生的气体较多，导致变压器油的析气量增大，其绝缘性能被破坏的可能性增加，气相色谱检测不合格率升高。

4.2.2击穿电压

作为检验变压器油性能好坏主要手段之一的击穿电压是衡量变压器油在变压器内部受电压的能力而不被破坏的尺度。现将日常10台不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油击穿电压首检值列于表7。

表7　不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油击穿电压首检值

由表7可推断出不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油击穿电压首检值都超过国标规定值(大于等于30 kV)下限且接近国标下限值的2倍，也都高于投入运行前油击穿电压的规定值(大于等于35 kV)。不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油击穿电压首检值在60 kV左右波动，且变化不大，说明击穿电压这一指标受机车车型、走行公里数和检修周期影响不大。而影响机车变压器油击穿电压的主要因素如下：

(1) 电场的均匀程度和油的流动速度。

因平时每2次检测之间，一般都进行搅拌然后至少静置6 min以保证电场均匀和油的稳定，从而减少此因素的影响，确保检测数据的稳定、可靠。

(2) 环境湿度。

赵艳丽[1]在试验温度20℃下，考察了环境湿度对25号变压器油击穿电压的影响，结果表明当环境湿度在50%～60%时，对变压器油击穿电压影响不大，当环境湿度达到70%时，空气中的水侵入油中，击穿电压明显降低。为此，进行变压器油击穿电压检测的实验室常规要求环境湿度低于60%，这是为了保证检测数据的 真实与可靠。

(3) 水分、温度和杂质。

温度通过改变水的溶解度及状态来影响油品的击穿电压，对未受潮油品的击穿电压影响很小[2]。充入变压器的油，不应有悬浮水，更不允许有沉积水。

(4) 含气量。

含气量是变压器油的主要控制指标，直接影响超高压变压器的绝缘性能。运行中变压器油含气量最好不超过4%，500 kV变压器油含气量控制在0.5%以内[3]。

为了避免机车运行中变压器油击穿电压受到外界污染，防止其劣化可采取如下性能维护措施：

(1) 变压器充油不足需要补油时，最好补加同牌号的油，补加油的击穿电压指标值不低于变压器内的油。

(2) 安装油保护装置( 包括呼吸器与密封式储油柜)，以防止水分、氧气和其他杂质侵入，使变压器油不受潮，延长其使用寿命。

(3) 安装油连续再生装置即净油器，既能有效防止外界水分侵入，又能清除油中存在的水分，游离碳和其他老化产物，从而有效防止其劣化。

4.2.3介质损耗因数

介质损耗因数受极性化合物、离子化杂质、微生物、变压器油精制深度等的影响，即使微量的污染就能使这项数值增加几千倍。通过对10台不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油介质损耗因数首检值进行分析，见表8。

表8　90℃ 不同车型、不同修程修制机车运行中变压器油介质损耗因数首检值

由表8数据可知90℃时，相比HXD3C型二年检和HXD3型C5修，HXD3型二年检机车运行中变压器油介质损耗因数首检值不合格率较高，说明其在运行中变压器油受污染的概率较大。与投入运行前油介质损耗因数相比，HXD3C型二年检机车运行中变压器油数值远远低于其下限值(小于等于0.01)，HXD3型C5修机车运行中变压器油此数值忽高忽低且高于其下限值(小于等于0.01)的概率较大，说明HXD3C型二年检机车变压器油受污染的概率很低，性能维护及防劣化措施工作做得很好；而HXD3型C5修机车由于其走行公里数和检修周期都较长，在运行过程中不可避免会受到相应的污染，导致油的劣化，使其数值高于投入运行前油的介质损耗因数值。然而，首检值不合格的机车变压器油经过滤油处理并再次复检，其介损值都达到国标规定值并符合要求。

4.3低温性能

变压器油的另一主要作用为散热冷却，这就要求其在运行温度下有较低的黏度。尤其在西北和东北的冬季，较低的低温黏度才能保证变压器油的正常运行。油品的低温流动性与正构烃(蜡)含量密切相关，变压器油必须含蜡少才能具有良好的低温性能。本身含蜡少的环烷基油，无需繁琐的脱蜡工艺就可以生产低温性能良好的变压器油，从低温性能角度考虑，选择环烷基变压器油更合适。

5　结　论

运行中变压器油的好坏，直接关系到主变压器的正常运行。主变压器是铁路和谐型大功率电力机车的重要设备，主变压器能否正常运行关系到机车运行系统的安全，因此，抓好变压器油油样分析与研究，发现问题及时处理，同时搞好变压器油的性能维护工作，这些是提高机车系统安全运行的重要保障。

[1]赵艳丽，王雪梅.变压器油击穿电压影响因素探讨[J].石油商技，2011，29(4)：45-47.

[2]王健一，凌愍，刘雪丽.变压器油性能指标解读[J].石油商技，2009，27(5)：26-29.

[3]王乾，杨立新.变压器油电气性能的影响因素分析[J].电力建设，2008，29(8)：61-65.

Analysis of Reliability of Transformer Oil in Harmony Type Electric Locomotive

FENG Qiang1，2

(1China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China;2Tianjing Electric Locomotive Co., Ltd., Tianjin 300452, China)

Transformer oil with the extensive function of insulation, heat dissipation, cooling, arc extinction, and so on is a kind of mineral insulating oil, that has the basic characteristics of the chemical, electrical, low temperature, etc, and the quality of working transformer oil is directly related to the safe running of the main transformer of electric locomotive. In this paper, combined with related research the requirements of transformer oil analysis were expounded. The main influencing factors and maintenance measures in transformer oil performances were also put forward.

transformer oil; electric locomotive; analysis; performance; maintenance

1008-7842 (2016) 01-0064-06

男，教授级高级工程师(

2015-07-13)

U264.3+6

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.16