HXD3C型机车牵引变压器C6检修数据及策略研究

容长生， 邓凤祥， 刘 锋， 房 平， 王亚奎

(1 中国铁路总公司， 北京100844；2 中车株洲电机有限公司， 湖南株洲 412001；3 中车株洲电力机车有限公司， 湖南株洲 412001；4 中车大连机车车辆有限公司， 辽宁大连 116022；5 中车洛阳机车有限公司， 河南洛阳 471002)

和谐型机车自2017年开始进入C6修，目前正全面推进。数据检修是和谐型机车C6修的核心理念之一，是和谐型机车C6修的鲜明特征。在C6修过程中，全面开展机车及其重要零部件性能测试，数据采集、存储，实现新造源头与检修信息、新造源头与运用信息、检修数据与日常运用信息全链条分析，确保机车和部件完整的质量数据链、生命轨迹链的全面衔接，为机车全寿命周期成本管理提供技术支撑。

C6修作为机车主变压器一重大检修节点，检修范围覆盖大部分器件，而对于生命和功能周期长、结构稳定的部件，经常会出现过修和过检的问题，给变压器带来不稳定系统性问题的同时大大增加检修成本[1]。通过对变压器C6检修数据进行分析和研究，形成系统、科学、经济的主变压器C6检修策略，指导后续C6检修规程制订和持续优化工作，保障机车主变压器C6检修工作安全、优质、高效地开展。

1 HXD3C型机车牵引变压器C6修数据研究

HXD3C型机车牵引变压器在C6检修内容主要涵盖主变压器检测、部件检修及变压器油检测等。下面所述数据源于50余台C6修主变压器。

1.1 主变压器检测

HXD3C型机车主变压器在C6修过程中需进行直流电阻、电压比、空载试验、绝缘电阻、工频耐压及感应耐压等检测。

1.1.1直流电阻试验

直流电阻试验用于检测主变压器绕组层间和匝间是否存在短路、开路，判断绕组焊接点、端子压接、引线与套管连接等状态是否良好等方面。直流电阻检测结果对主变压器内部绕组连接状态的判断直观、准确，能及时发现变压器存在的潜在性故障[2]。按照技术要求，高压绕组、低压绕组C6修检测直流电阻与设计值的偏差为±10%。C6修前后的各绕组直流电阻平均偏差结果如图1。(其中，AX为高压绕组，a1x1-a8x8为低压绕组。)

图1 直流电阻平均偏差/%

从图1可知，各绕组直流电阻平均偏差均满足技术要求，各绕组平均偏差绝对值不高于3.0%。通过对比可知，C6修后的各绕组直流电阻平均偏差均高于C6修前约2%，检修过程对直流电阻测试结果有一定的影响。影响直流电阻结果的因素主要包括绕组线规、引线连接及绕组换算温度等[3]。考虑检修中绕组线规及端子接线状态基本不变，且各绕组直流电阻平均值增涨幅基本相当，由此推测C6修前后的直流电阻偏差可能是绕阻实际温度与换算温度存在略微差异所造成。通常情况下，为确保换算温度准确，试验应在器身干燥或负载试验后待器身完全冷却再进行，这一点在检测过程中应引起重视。

1.1.2电压比试验

电压比试验通常用于检验变压器的高低压线圈是否存在匝数偏差、断匝等问题。按照技术要求，高压绕组与各低压绕组间的电压比与设计值的偏差为±0.5%。C6修前后的各绕组间电压比偏差结果如图2。

图2 电压比平均偏差/%

从图2可知，高压绕组与各低压绕组的电压比满足技术要求，最大平均偏差不高于0.15%。对比C6修前后的电压比平均偏差，两者基本相当。由此可知，HXD3C型机车主变压器C6修对绕组间电压比不会带来明显的影响，这与变压器电压比基本特性相吻合。

1.1.3空载损耗试验

空载试验是通过测量变压器的空载损耗和空载电流两个特征量，检查绕组是否存在匝间短路、并联支路中线圈匝数不等、铁芯叠片间绝缘、硅钢片松动气隙及穿芯螺杆与压板绝缘等故障。当发生上述故障时，空载损耗和空载电流均会明显增大。

按照技术要求，空载损耗不应超过设计值15%，空载电流不应超过设计值30%。C6修后的试验数据统计结果见表1：

表1 空载试验结果 %

从表1可知，空载损耗和空载电流均满足技术要求，且两者的平均值均低于设计值，C6修后的主变压器器身、绕组及铁芯内部状态正常。

1.1.4绝缘电阻试验

绝缘电阻试验是检验变压器绝缘状态的一种简单、高效的方式，能够对器身内部的绝缘完整和受潮情况作出准确的判断[4]。按照技术要求，高压绕组对低压绕组及地之间和低压绕组对地的绝缘电阻均不低于200 MΩ。C6修前后的绝缘电阻统计结果见表2：

表2 绕组绝缘电阻 MΩ

从表2可知，各绕组绝缘电阻均满足要求。通过对比表明，经C6修后的各绕组绝缘电阻显著提升。由此可知，C6修较有利于提升绕组绝缘水平，检修效果显著。此外，还对C6修中的变压器进行了工频耐压和感应耐压试验，检验HXD3C型机车主变压器的主绝缘和纵绝缘状态，结果合格。

1.2 主变压器部件检修

重点分析HXD3C型机车主变压器高低压套管在C6检修中暴露的典型问题，并阐述确定部件检修策略的基本原则和思路。

1.2.1高压套管检修

高压套管作为接触网与主变压器的连接载体，对其检修策略需得到充分的论证。本次统计的HXD3C型机车主变压器高压套管在C6修中大部分进行了更新，占总数的71%。为适应特殊运行线路环境，在高压套管与高压T型头连接处涂硅胶(用于提升防护、绝缘水平)，见图3。硅胶在C6修时无法彻底清除，这是造成高压套管更新的主要原因，占更新总数的54%。

图3 高压套管个性问题

针对这一现象，在确定部件C6检修策略时，不仅需考虑部件个体质量问题，还需掌握同部件在全路的运行状态，避免以偏概全，造成C6修费用增加。经调查，从HXD3C型机车变压器在全路运行情况看，因高压套管表面硅胶无法清除造成的套管不合格率仅约2.6%，且高压套管在C6修中出现的质量问题总体偏少。因此，以预先制定检修计划为指导，结合日常维护、定期检查等内容，通过采用计划预防修的方式确保HXD3C型机车主变压器高压套管在整个生命周期内始终处于正常的工作状态，这是一种经济且适用于高压套管的检修策略。另外，检修数据结果显示，因检修防护不足导致高压套管划痕报废的情况时有发生，这在今后机车变压器C6修时应重点予以防范。

1.2.2低压套管检修

HXD3C型机车主变压器的低压套管在C6检修时暴露出的典型问题是低压镀银铜排金属表面镀银层氧化发黑，占比57%，见图4。在如何确定低压套管C6检修策略的问题上，重点应先从以下几个方面着手研究：(1)镀银层氧化是否会对主变压器的二次侧连接产生不良影响；(2)镀银层氧化后是否存在脱落情况；(3)是否可通过重新镀银的方式实现低压套管的检修再利用。

图4 低压套管检修

低压套管镀银层被氧化区域均分布在直接与油接触的表面，而冷压接端子与低压套管端板直接接触位置无氧化现象，因此不会对变压器二次侧连接造成不良影响。镀银层氧化附着在套管表面，无脱落现象，不会对变压器油质造成影响。在C6修时对被氧化区域进行打磨和加工，表面氧化层得到了有效去除并重新镀银，实现了低压套管的检修再利用。因此，以产品良好状态和功能可恢复性为原则，通过采用计划预防修的方式保证HXD3C型机车变压器低压套管的使用可靠性是经济、可行的。

1.3 主变压器油检测

为了更准确地反映变压器的器身状态，指导器身和变压器油C6检修策略制定，在解体检修前预先对变压器油进行检测。变压器油检测通常包括油理化检测和气相色谱检测。油理化检测是用来评估变压器油的劣化程度，关键项点包括闪点、酸值、含水量、介质损耗因数及击穿电压等。气相色谱检测是用于分析油中溶解特征气体组分、含量，辅助判断变压器内部是否存在过热或放电故障。文中对油的气相色谱检测数据进行了分析，结果见表3。

表3 气相色谱结果 ×10-6

从表3可知，除少部分主变压器出现气体含量超标问题，绝大部分油中的溶解气体含量较低。针对个别主变压器出现氢气、乙炔含量超标现象，经确认是因变压器油受潮而发生电离。由此可见，气相色谱检测可准确判断机车变压器内部存在电气故障。需指出的是，仅通过气体含量超标是不足以判定变压器内部发生故障，还应结合变压器绕组结构、特征气体增长率、电气试验、历年故障及吊芯检查等方面进行综合判断。另外，通过油理化检测表明，油的闪点、酸值等指标均合格，并确立了油过滤再利用而不更新的检修方式。

2 机车牵引变压器C6吊芯检修策略研究

参照DL/T 573—2010《电力变压器检修导则》的规定，变压器大修通常是指对油浸变压器进行放油吊芯(或吊开箱盖)或进入油箱内部进行检修。变压器大修周期一般不低于10年，具体时间需根据变压器结构特点、制造水平、日常负荷、历次试验及油样分析等情况，合理安排提前大修或延长大修[5]。机车牵引变压器与普通电力变压器相比，工作条件和运行环境更加恶劣，如连续而强烈地机械振动和冲击，网压波动范围大及高频谐波成分等，对变压器内部绝缘材料的性能和寿命有较大影响。在C6修时，对主变压器进行全面“体检”，预防潜在故障风险，这是延长主变压器寿命的一种行之有效的策略。

变压器经长时间负载工作后，油中会缓慢形成少量弱腐蚀性油泥，其中的一部分沉于油箱底部，其余的随油循环附着于器身线圈等部位，油泥对器身绝缘和油品均会产生不良影响，改善器身清洁度状态对提高变压器电气绝缘水平至关重要。器身采用油-纸(板)绝缘结构，绝缘纸板长时间浸泡在高温的绝缘油中逐渐会发生热、电老化现象，当变压器出现过热、过载等情况时，老化问题将更加突出。绝缘纸板老化首先会带来机械性能的下降，易产生绝缘破损问题，严重时可能造成放电或击穿故障[6-7]。因此，通过及时发现破损点并进行绝缘补强，保持主变压器绝缘结构完整，这对主变压器使用可靠性的提升大有裨益。

目前，进入C6修的HXD3C型机车变压器运行时间基本长达10年以上，因此对该机型变压器进行吊芯检修是必要的。然而，针对不同机型和运用情况的主变压器，需在充分考虑吊芯检修周期与机车运行特点相适应的基础上实施有计划、有针对的调整。例如HXD1D、HXD3D型准高速客运电力机车，具有运行速度高、走行里程增加快等特点，变压器C6修周期平均总走行时间仅6.5年左右，因此对该机型变压器在C6修时是否吊芯检修需进行深入研究。通过制定严谨的研究方案，重点围绕器身绝缘寿命评估与预测、变压器电气检测与油样分析、橡胶密封件老化评估等要素展开分析，剖析返厂试修的主变压器存在的典型问题，这将是科学评估吊芯检修必要性的重要举措。

3 结束语

通过对HXD3C型机车牵引变压器检测、部件及油检测结果进行系统分析，结果表明C6修后的主变压器整体状态良好，满足HXD3C型机车的运行要求。结合对变压器高低压套管检修情况，提出了部件检修策略的确定需以部件检修状态和数据为支撑，以掌握部件质量规律为指导的基本工作思路，通过评估部件不合格状态对主变压器的影响，结合部件功能的可恢复情况，指导部件C6检修策略的合理选择。另外，在剖析机车牵引变压器吊芯检修的基础上，提出了对确定HXD1D、HXD3D型准高速客运电力机车主变压器C6吊芯检修周期的思考及方法。