HXD1D型机车主变压器故障防治

佘朝海 刘安龙

摘  要：HXD1D型机车主变压器为机车本身和牵引车辆提供转换后的电能，在机车上占据非常重要的作用，其包含很多附属保护装置，如油流继电器、温度传感器、压力释放阀、布赫继电器等，这些传感器起到保护主变压器始终处于正常工作状态的作用。在机车实际运用中，该段发生了很多非主变压器本身故障，而附属保护装置起保护引发的机破，影响了机车的正常运行。该文就如何防治主变压器附属保护装置动作进行了研究。

关键词：HXD1D机车   主变压器   压力释放阀   布赫继电器   机破

中图分类号：U269.6                        文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）07（c）-0053-03

Abstract： HXD1D locomotive main transformer provides converted electric energy for the locomotive itself and traction vehicles， and plays a very important role in the locomotive. It contains many auxiliary protection devices， such as oil flow relay， temperature sensor， pressure release valve， Bucher relay， etc. These sensors protect the main transformer from always working normally. In the actual application of the locomotive， many non main transformer faults have occurred in this section， and the auxiliary protection device has locomotive failure caused by protection， which affects the normal operation of the locomotive. This paper studies how to prevent the action of auxiliary protection device of main transformer.

Key Words： HXD1D locomotive; Main transformer; Pressure relief valve; Bucher relay; locomotive failure

HXD1D型機车是我国客运牵引动力主力机型之一，由中车株洲电力机车有限公司研制，为交流传动六轴7 200 kW，最高速度可达160 km/h。

主变压器型号为：TBQ44-9900/25型，用来把接触网上取得的25 kV高压电变换为各种类型低压电，以满足机车上牵引电机和其他辅助电气的工作需要。变压器为卧式安装，吊挂在车体下。主变压器为心式变压器。采用A级绝缘和普通矿物油[1]。由压力释放阀、油流继电器、电阻温度计、布赫继电器相互作用，为主变压器的安全可靠运用提供保护。

1  问题的提出

2016年2月27日，该段HXD1D0269机车因主变压力释放阀动作，主断合不上，影响列车1小时45分，造成机破。原因为主变压器压力释放阀开关连锁内部断路不通。

2016年3月1日，该段HXD1D0014机车因主变压力释放阀动作，主断合不上，影响列车54分，造成机破。原因为主变压器压力释放阀开关连锁内部断路不通。

2017年7月20日，该段HXD1D0006机车因主变压力释放阀动作，主断合不上，影响列车1小时33分，造成机破。原因为某检修段因主变压器排气范围执行不彻底，主变压器油二氧化碳含量较大，机车运行中主变压器油流动，油中所含的二氧化碳析出，导致主变油箱内部压力增大，超过主变压力释放阀动作值（70 kPa），压力释放阀动作。

2018年7月12日，该段HXD1D0003机车因布赫继电器警告，重庆换车，影响列车19分，造成机破。原因为某检修段因主变压器排气范围执行不彻底，造成气体进入布赫继电器，上浮球下沉，布赫继电器动作。

2  防治压力释放阀动作研究

压力释放阀作为变压器核心保护装置，它的作用是当变压器油箱内部因某种故障而使压力急剧增大、其压力达到标定值时，压力释放阀能迅速开启释放，从而防止变压器油箱破裂或爆炸[2]。

该段在2016年及2017年发生3件因压力释放阀动作引发的机破，这3件压力释放阀动作产生的原因，均不是因为主变压器内部绕组故障引发的压力释放阀动作。

分析这3起压力释放阀动作原因如下：（1）主变压器压力释放阀开关连锁内部断路导致动作。（2）更换油泵等部件后，空气进入主变压器，修程中主变压器排气不彻底，箱体上部气体过多，运行途中主变油内二氧化碳析出，主变压器器体内部压力过大导致压力释放阀动作。

2.1 主变压器压力释放阀开关连锁内部断路故障防治

针对HXD1D0269及HXD1D0014主变压器压力释放阀开关连锁内部断路。造成压力释放阀动作。该段进行了彻底研究，打开压力释放阀微动开关保护盖，发现内部较脏。该段又对其他HXD1D型机车压力释放阀微动开关进行了检查，发现部分压力释放阀微动开关内部较脏，部分微动开关内还有水迹[3]。原因为水从微动开关接线盒流入压力释放阀簧片，长期作用下，簧片失效，使压力释放阀开关连锁内部断路不通，见图1。

压力释放阀及其微动开关在安装设计上，容易进水，存在以下问题：（1）压力释放阀微动开关盖板防水性不强。（2）机械间处线槽未密封，水可从车体机械间线孔流入线管进入微动开关接线盒。

防治措施为如下改进：一是对压力释放阀微动开关保护盖进行了打胶密封防水处理;二是将进入压力释放阀的线管分叉处进行灌胶处理，防止从机械间流下的水进入接线盒;三是在机械间线槽处打胶。具体见图2、图3。执行上述3个措施后，压力释放阀微动开关接线盒内干净，水无法进入接线盒，也没有因压力释放阀开关连锁内部断路不通而引发机破。

2.2 主变压器内部气体过多防治

HXD1D0006机车为经过某检修段C5修程检修后走行28 000 km即发生压力释放阀动作而机破，通过对该故障进行调查分析，原因为主变压器油泵更换处理过程中，主变压器油泵及管路内残留气体，气体在未及时排出的情况下，随主变压器油循环进入主变压器箱体内，并上浮形成空气气泡，伴有大量气泡聚集粘附在主变压器内高压绕组线圈及电抗器侧。当机车大功率运行时高压绕组侧持续发热升温，因高压绕组线圈及电抗器侧空气膨胀速度比油快，导致箱体内压力急剧上升，超出压力释放阀压力开启值（70 kPa），压力释放阀动作[4]。

防治措施：一方面，该段督促某检修段在做高级修程时加强对主变压器排气过程的卡控。另一方面，该段在更换油泵、复合冷却塔等主变压器附属部件，作业完毕后，严格按照主变压器排气流程进行排气。

3  防治布赫继电器动作研究

布赫继电器工作原理为，当主变压器内部发生故障时，产生的电弧使绝缘材料分解，产生大量气体或造成油流冲动，使布赫继电器上浮子或者下浮子下沉，布赫继电器的接点动作，并及时向机车中央处理器 VCM 发出信号，机车将报“布赫继电器警告”或者“布赫继电器报警”，当“布赫继电器报警”时，机车跳主断。

对该段机车在运用过程中布赫继电器报警原因进行了统计，具体见表1。

从表1可以看出，都是由于因蝶阀开启不到位或主变内部气体过多引起布赫继电器报警。沒有因主变本身故障，电弧产生大量气体或造成油流冲动使布赫继电器报警。

3.1 蝶阀开启不到位引起布赫继电器动作防治

在更换油泵、油流继电器等主变压器附属部件时，需要将主变油管路蝶阀关闭，在恢复时，可能存在人为原因未将蝶阀开启到位。机车运行中，油泵工作，如果蝶阀开启不到位，将会在流动的主变油间形成挡板，产生“空化现象”，形成气体。这种现象与潜艇螺旋桨在水里转动时产生气体原理是一样的。产生的气体通过补偿油管，进入布赫继电器，使布赫继电器上下浮子下沉，造成布赫继电器动作[5]。

防治措施：该段在日常整备及小辅修过程中加强了对主变压器蝶阀的状态检查，发现蝶阀处理半开位，蝶阀锁紧螺帽未紧固等情况，及时进行处置。

3.2 主变压器内气体过多引起布赫继电器动作防治

主变压器内气体过多，一方面会引起压力释放阀动作，另一方面气体从补偿油管进入布赫继电器，也会引起布赫继电器动作。

防治措施：在更换油泵、复合冷却塔等主变压器附属部件，作业完毕后，严格按照主变压器排气流程进行排气。

4  主变油温高防治

HXD1D型机车设有两个PT100温度传感器时刻监测主变压器油温。机车油泵带动油循环进入复合冷却塔进行油冷却。如果主变油温高，会引起HXD1D型机车主变油温保护跳主断。

防治措施：整备时测量复合冷却塔出风口风速，风速应高于8 m/s，否则对复合冷却塔散热器进行清洗。在C1/C2/C3修程中对复合冷却塔进行清洗。整备及小辅修修程中加强对油流继电器工作状态的检查。

5  主变压器本身故障防治

主变压器绕组本身故障率较低。可以通过对主变油进行色谱及耐压化验分析主变压器油或者绕组是否存在问题[6]。

防治措施：在C3修程及更换油泵、复合冷却塔等主变压器附属装置补油后，对主变压器油进行化验分析。

6  措施效果

通过对HXD1D型机车压力释放阀进行改进，加强对主变油管路蝶阀状态的检查，加强对主变压器排气过程卡控等措施的落实，该段2019年没有发生因主变压器故障造成的临修或者机破，取得了很好的效果。

参考文献

[1] 刘好平.HXD1型机车冷却塔注油工艺缺陷分析与对策[J].电力机车与城轨车辆，2018，41（4）：87-89.

[2] 李新成.HXD1C型机车主变压器压力释放阀故障原因分析及解决措施[J].电力机车与城轨车辆，2018，41（1）：90-92.

[3] 彭俊，黄思良，邢志强，等.HXD1D型机车粉末冶金闸片磨削检修工艺研究[J].科学技术创新，2020（31）：185-186.

[4] 杨燕燕.和谐型大功率机车检修质量管理研究[D].西安：西安电子科技大学，2019.

[5] 陈敏，迟洪.电力机车检修中的信息管理探讨[J].现代工业经济和信息化，2019，9（12）：108-109.

[6] 王晓栋.关于太中银线路HXD1型机车空转抑制分析[D].北京：中国铁道科学研究院，2020.