HXD1 型机车25kV 高压电缆总成接地线误连接试验故障分析及问题处理

2020-05-19杨晓梅范善仁

甘肃科技 2020年6期

杨晓梅，范善仁

（1.中车洛阳机车有限公司，河南洛阳 471002；2.郑州宇通客车有限公司，河南郑州）

1 25kV 高压电缆总成结构原理

1.1 结构原理

25kV 高压电缆结构原理。预制式终端组成的高压电缆总成（如图1 所示），主要是由电缆、T 型终端、预制式终端、电缆线卡和铭牌（厂家商标）等组成，其预制式终端用于实现和车顶母线相连，T 形终端用于和车下的牵引变压器相连接，主要特点是产品抗振性能较好，运行可靠性较高[1]。

图1 预制式终端电缆总成示意图

1.2 5kV 高压电缆引出接地线结构原理

HXD1 型电力机车预制式终端电缆自身引出4根自带接地线，在电缆T 型终端和法兰框架处各2根，均为供应商供货时随电缆自身携带（如图2 所示）。根据图3 所示的高压电缆结构图[2]可以分析出，HXD1 型电力机车C6 修自身引出的四根接地线分别为：高压电缆法兰框架引出接地线1(自带,耐克森厂家为扁铜编织线，泰科厂家为25mm2黄绿接地线）、屏蔽层与法兰框架连接接地线2（自带），屏蔽层引出接地线3（自带），屏蔽层与T 型头外罩连接接地线4（自带）。

图2 HXD1 型电力机车高压电缆总成接地线引出方式

图3 高压电缆结构图

2 接地线误连接引发的常见试验故障现象问题判断及原因分析

2.1 试验故障现象一

1)故障现象。高压绝缘耐压试验时25kV 高压电缆总成T 型头处发出咝咝电流声与爬电故障现象。

2.2 质量问题分析与解决方案措施

2018 年10 月14 日晚HXD1 0063 机车在试验站高压试验时，A 节车下T 型套管处有咝咝电流声和爬电现象。经与另一节电缆T 型套管对照查证，发现A 节T 型套管少一根黑色接地线，后来自制一根接地线连接后消除爬电故障。但该接地线应为25kV 高压电缆自带接地线4，遂查看电缆铭牌厂家并与其工程师取得联系，被确认高压电缆总成自带的接地线不会少也不会丢失。

而在同期10 月15 日作业人员在段内机车HXD1 0154 机车安装电缆T 型头时发现，该电缆T 型头及终端处有三根接地线，随发现段内外两个T 型护套的接地线连接形式不一致。后经调查发现两个合格厂家（耐克森与泰克）的25kV 高压电缆在T 型护套以及法兰框架处接地线形式不一致，在电缆总成安装时极易出现前后车混装，所以造成0063机车车下T 型护套处少一根接地线。

图4 （1）耐克森线缆铭牌标识

图4 （2）耐克森厂家T 型头安装接地线连接示意图

（1）如图4 所示为耐克森厂家的25kV 高压电缆的接地线安装形式，图4（1）为耐克森厂家25kV高压电缆铭牌商标；图4（2）为耐克森厂家T 型头安装接地线连接示意图，其图2 中的屏蔽层引出自带接地线3 即为本图中引出的接地线3 连接与车体上，图2 中的屏蔽层与T 型头护套外罩连接接地线4 即为该图中T 型护套外罩引出的接地线4，直接与屏蔽层引出接地线3 连接于车体同一接地点上；其所配套使用的T 型头套管实物如图4（3）所示，T型护套外罩自带一根黑色接地线4 与屏蔽层引出接地线3（车下终端T 型头连接接线端制作从应力管上方25kV 高压电缆绝缘层与黑色防护套管之间抽出的一根黄绿接地线）连接于车体同一接地点上如图4（4）所示。

（2）图5 所示即为另一厂家泰科厂家的25kV高压电缆总成接地线连接的安装形式，图5（1）为泰科厂家25kV 高压电缆商标铭牌；图5（2）为泰科厂家的25kV 高压电缆T 型头安装接地线连接示意图，其接地线连接形式与图2 完全吻合，所配套使用的两根接地线都从车下终端T 型头连接接线端制作的应力管上方25kV 高压电缆绝缘层与黑色防护套管之间抽出，两根抽头引出接地线：黄绿接地线为屏蔽层引出接地线3 直接连接于车体上，黑色接地线为屏蔽层与T 型头外罩连接自带接地线4 连接在T 型护套的接地安装点上；实物安装完成后如图5（3）所示。

图4 （3）耐克森厂家配套T 型套管

图4 （4）车下终端T 型护套安装后

图5 （1）泰科厂家线缆铭牌标识

图5 （2）泰科T 型头安装接地线连接示意图

图5 （3）车下终端T 型护套安装后

2.2 试验故障现象二

1）故障现象。HXD1 0154 机车于2018 年11月5 日公司检修回段，于2018 年12 月5 日由于TCU 原边电流差动保护、跳主断引发机破，随公司对内部多台进入试验阶段的HXD1 机车在试验厂线正线进行跟踪检查，而发现检修后的机车都存在接地电流比原边电流大，并且随着原边电流的增大差值越来越大。

由于高压电缆总成两根屏蔽层接地线都接地引起C6 修机车批量出现接地电流大于原边电流，且随着原边电流的增大差值越来越大引起TCU 原边电流差动保护、跳主断的故障现象。针对此故障现象，事业部电气工段同步对两台机车的电流互感器进行了性能试验后，其实际最大电流差值均在7.5A 以内，故先排除非电流互感器故障原因。

2）原因分析。此种情况在HXD1 机车二年检试验过程从未发生，所以先分析到由原来双T 型头式的高压电缆总成变更为单T 型头式的25kV 高压电缆总成，但该种电缆在HXD1B 与 HXD1C 机车中大量运用，可满足大功率机车正常使用，并无性能问题，最后分析到车顶部25kV 高压电缆所连接的接地线发生了变化。HXD1 机车原设计双T 型头式高压电缆，其顶部接地线连接形式如图6（1）所示，从T 型护套直接引出连接于顶部车体上，相当于图2 中的顶部T 型护套外罩（变更后法兰框架）引出接地线1，没有屏蔽层与T 型护套外罩（法兰框架）连接接地线2；图6（2）所示为变更后的25kV 高压电缆，与6（1）对比多一根屏蔽层至法兰框架的接地线2（图中用绿色椭圆标注的接地线），即屏蔽层接地电缆由单根变成了上下两根同时接地，导致屏蔽线缆与车体直接形成回路。

图6 （1）原设计车顶穿墙管处接地线连接方式

图6 （2）变更后车顶法兰处接地线连接方式

通过图6（1）与图6（1）高压电缆结构图分析，变更后的25kV 高压电缆总成接地线连接形式即为屏蔽层接地电缆由原设计的单根变成了上下两根同时接地，导致屏蔽线缆与车体之间直接形成了回路。在高压电缆通过原边电流时，屏蔽层、接地线、车体形成的回路中产生了一个与原边电流相反的感应电流，且电流值会随着原边电流增大而增大。原边电流互感器感应的电流为高压电缆主芯的原边电流和屏蔽层的电流和，从而原边电流互感器感应电流会减小，当原边电流值大到一定程度时，TCU检测到的原边电流就会比接地电流小超过30A，从而引起TCU 跳主断保护。

为验证上述理论结果是否成立，25kV 高压电缆两端屏蔽层均接地是导致该试验故障的要因，我们特对公司内部的机车分别进行屏蔽层引出接地线2与3 都接地和一端接地分别进行试验加以验证：

如图7 所示，机车高压电缆总成屏蔽层引出接地线在主变A 端子和车顶穿墙瓷瓶法兰框架处分别均有接地的情况下，采集的机车原边电流和回流电流的情况。通过试验数据图可以看出，在机车速度为40km/h，牵引力为100.75kN，原边电流为99A，回流电流为111A，原边电流比回流电流低12A。

图7 高压电缆总成屏蔽层引出接地线两端均接地试验情况

如图8 所示，机车高压电缆总成屏蔽层引出接地线仅在主变A 端子处接地的情况下，采集的机车原边电流和回流电流的情况。通过试验数据图可以看出，可以看出，在机车速度为62km/h，牵引力为100kN，原边电流和回流电流均为156A 左右，相差很小。

图8 高压电缆总成屏蔽层引出接地线仅A 端子处接地试验情况

通过上述试验验证示意图，将高压电缆在穿墙瓷瓶法兰框架处将图2 中标识的接地线2 拆除前后，分别对机车原边电流和回流电流进行检测发现，将接地线2 拆除后，原边电流和回流电流一致，基本没有差别。分析其原因，由于高压电缆的屏蔽层分别在主变A 端子和顶盖穿墙瓷瓶处两点接地，这样在电缆中出现大电流时，根据楞次定律，会在屏蔽层中感应出方向相反的电流，这样在传感器测量时就会将真实的电流减小，出现原边电流比回流电流低，并随着电流的增大其差值也越大[3]。

3 杜绝检修25kV 高压电缆接地线误接故障的处理措施

3.1 对试验故障1 的处理措施

优化电缆总成T 型套管安装流程

（1）25kV 高压电缆总成新品接收时，在查看高压电缆的外观状态符合工艺要求、各件齐全完整的情况下，由检修接件人员在高压电缆盛放箱、高压电缆、T型护套上做好车号与节号的标识，做标识时需注意一台车的25kV 高压电缆、T 型护套必须是同一个厂家。

（2）安装人员在T 型护套安装时，核查厂家名牌与标注的车号与节号的T 型护套是否为同一厂家，即核实主变A 端子处连接地接地线为两根即图2 所示的接地线3 和接地线4，如有其他情况均为异常情况须在前工序核实处理，避免造成试验故障。并在安装前、安装过程中注意对T 型头终端以及护套的清洁防护，安装完毕用干净的塑料布防护，避免吸附尘埃或金属颗粒或不干净带来的其他试验放电隐患。且高压电缆布线与T 型护套安装两个工序作业需连接在一起进行，避免中间停滞时间长出现安装错误。

这个流程解决了目前25kV 高压电缆总成安装中存在的两个问题：(1) 布线作业25kV 高压电缆装车与接线作业T 型头套管安装时间间隔长、T 型头护套V 库管理三个作业之间的T 型头套管与安装电缆厂家不一致问题；(2)T 型头护套作业者快速识别领用配套的T 型头护套。