SS4改型電力機車主變壓器鐵芯絕緣漆膜脫落的原因分析

李　霞

(鄭州鐵路局　洛陽機務段， 河南洛陽 471002)

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SS4改型電力機車主變壓器鐵芯絕緣漆膜脫落的原因分析

李霞

(鄭州鐵路局洛陽機務段， 河南洛陽 471002)

針對SS4改型電力機車主變壓器油色譜分析數據異常情況，通過對變壓器進行吊芯和解體檢查，采用特征氣體三比值法的基本原理及方法，經過詳細調查分析認為是變壓器鐵芯硅鋼片絕緣漆膜脫落所致，并提出了相應改進建議。對運行時間較長的牽引變壓器類似故障有一定借鑒意義，為運行維護部門提供參考。

電力機車； 變壓器； 鐵芯； 鐵芯； 原因分析

洛陽機務段SS407044號電力機車A節主變壓器于2013年12月26日發現油色譜分析數據異常，氫氣、乙炔、總烴含量均超過了注意值。該車于2013年6月4日做大修，大修后走行89 328 km。縮短跟蹤周期至2013年12月31日再次做色譜分析，發現5天內氫氣含量增加20μl/l，乙炔含量增加16μl/l，總烴含量增加73μl/l，產氣速率加快，亟待對變壓器進行進一步檢查，查找故障原因。2013年8月～2014年1月間的色譜分析數據如表1所示。

0-1為機車第1次輔修、1-0為機車第1次小修，臨修為因機車故障扣回修理。

1　機車主變壓器鐵芯硅鋼片結構

變壓器鐵芯硅鋼片在疊裝之前都要涂上絕緣漆，使鐵芯產生渦流的那個截面，被分割成很多的小截面導體，這樣其總電阻變大，涂絕緣漆的鐵芯，雖然也存在渦流損耗(屬于鐵耗的一部分)，但比之前小了很多。因此，在變壓器中，硅鋼片越薄，其損耗就越小。

SS4改電力機車配裝的TBQ8-4923/25型變壓器為單相二柱式疊鐵芯，硅鋼片采用0.35 mm厚DQ151-35晶粒取向冷軋電工鋼片疊裝而成，芯柱截面為10級階梯形。為降低鐵芯引起的渦流損耗，片間也有非常薄的絕緣漆膜進行絕緣，同時因硅鋼片處于磁場中的不同位置，為保證不同硅鋼片間的懸浮電位不導致放電，保證硅鋼片一點接地，接地點設置在上鐵軛通過上夾件實現一點接地。

2　對變壓器故障性質的預測和熱點溫度計算

通常變壓器過熱故障的產氣特征分兩種：(1)不涉及固體絕緣：只影響熱源處變壓器油的分解，此時產生的氣體主要是低分子烴類氣體，其中CH4、C2H4是特征氣體，一般二者之和占總烴的80%以上。當故障點溫度較低時，CH4占比大，熱點溫度升高至500度以上時，C2H4含量明顯增加。H2含量也與溫度有較大關系，高中溫過熱時H2含量占氫烴含量的30%左右，因為溫度升高時烴類氣體含量增速加快了，H2增加但比例降低了。但過熱故障通常不會產生C2H2。低于500℃的過熱C2H2含量不會超過總烴含量的2%，高于800℃的過熱C2H2含量也不會超過總烴含量的6%。(2)涉及固體絕緣的過熱故障：除產生低分子烴類氣體外，還產生較多的CO2、CO。

計算該變壓器2013年12月31日H2氣體占氫烴氣體的含量為11.1%，CH4氣體占總烴氣體的含量17.4%，C2H4氣體占總烴氣體的含量51.1%，C2H6氣體占總烴氣體的含量6%，C2H2氣體占總烴氣體的含量25.4%。C2H4、C2H2等烴類氣體為主要成分，按C2H2的含量超標且占比較大，排除了單純的熱故障。計算三比值編碼為122，判斷為電弧放電。

因CO含量一直增長，按分析結果對變壓器繞組絕緣和冷態電阻值進行檢測，變壓器原邊繞組、次邊繞組、平波電抗器繞組的絕緣正常，各繞組直流電阻值變化值不大于出廠值的2%，各繞組測量值(換算至75℃)也不超過設計值的±5%限度，故排除了繞組故障。但因CO含量的增加，判斷為磁路故障引起的放電兼固體絕緣材料過熱，原因可能為不良連接形成不同電位或懸浮電位造成的火花放電或電弧，木質絕緣塊、絕緣構件膠合處，以及繞組墊塊的沿面放電或懸浮的金屬帶附近火花放電。

根據變壓器熱點溫度的經驗計算公式，熱點溫度計算(按2013年12月31日的分析數據計算)：

T=322×lg(C2H4/C2H6)+525=322×lg(203/24)+525=823.6℃

熱點溫度超過了800℃。

3　故障原因的查找與分析

3.1變壓器吊芯進行故障原因的查找與分析

因為變壓器返廠解體工作量較大，2013年1月22日在機務段檢修庫內將主變壓器器身吊出進行外觀檢查，沒有發現不良連接以及絕緣放電現象，在檢查鐵芯緊固件的時候發現上鐵軛的壓釘緊固螺栓松動且壓釘下部聚有少許黑色粉末，位置如圖1所示。

圖1　SS4 07044機車A節主變壓器鐵芯上鐵軛的壓釘緊固螺栓

從理論上分析，變壓器正常運行時，充當電極的各繞組、引線與油箱間將產生不均勻的電場，鐵芯、夾件等金屬結構件處于該電場中，由于他們所處位置不同，當兩點間電位差值能夠擊穿其間的絕緣時，便產生火花放電。這種放電可使油分解，長此下去會逐漸損壞變壓器的固體絕緣導致事故發生。所以分析為緊固螺栓松動后，壓釘等金屬附近放電，引起了壓釘下方樹脂絕緣墊板產生少量CO，據此認為壓釘松動是造成此次故障的主要原因。我段對松動的壓釘進行緊固并清除了壓釘下的黑色粉末。處理后重新安裝變壓器上車跟蹤。

3.2變壓器解體進行故障原因的查找與分析

2013年1月22日該主變壓器油經過處理后，進行色譜分析，各項參數在范圍內。2013年3月5日機車1-1次輔修時進行色譜分析時發現氫氣、乙炔、總烴含量又一次超過了注意值，同時伴隨CO、CO2的增長。于3月16日、3月25日、4月10日分別對變壓器油進行了色譜分析，見表2。乙炔和總烴的含量持續增長，三比值編碼為122，分析為電弧放電兼過熱。

根據變壓器熱點溫度的經驗計算公式，熱點溫度計算(按2014年3月5日的分析數據計算)：

T=322×1g(C2H4/C2H6)+525=322×1g(111/11)+525=848.3℃

熱點溫度超過了800℃，與吊芯前計算的熱點溫度非常相近。因此判定上次吊芯找到的原因不是故障的根本原因。

2014年7月25日在大修廠對SS407044機車A節主變壓器進行了解體檢查，拆去鐵芯夾件時，在拆解硅鋼片檢查的過程中發現，共有幾十片硅鋼片的絕緣漆膜局部脫落如，圖2所示，有些在漆膜脫落處有蔓延放電現象。多的連續十幾片，導致鐵芯局部短路形成較大的渦流，造成鐵芯局部過熱導致變壓器油產生大量的乙烯和甲烷，隨著溫度升高，乙烷和氫氣增加，因為有絕緣漆膜材料的過熱，氣體成分中會伴有CO、CO2氣體。

表2　SS4 07044機車A節主變壓器于2014年1～4月間的色譜分析數據　μl/l

注：(1)1-1為機車第1次小修之后的第一次輔修。(2)各氣體含量單位為μl/l。

該例故障的放電部位很明確，屬于硅鋼片絕緣漆膜局部脫落導致渦流損耗增大的電流異常過熱故障。

4　改進建議

SS4型電力機車是中國第3代電力機車的領頭產品。最早生產的SS4改機車變壓器散熱器風翅片的設計尺寸非常小，難于清潔維護。由于溫度計不帶溫度聯鎖，變壓器溫度高時無法導致主斷路器的跳斷，而溫度計設在機械間，本身的蜂鳴報警乘務員無法聽到。該變壓器的設計壽命為20年，目前運行時間已經超過20年，鐵芯的絕緣漆膜一定會存在不同程度的老化，該故障無法在空載電流的測試中反映出來，即使出現色譜分析異常，變壓器的吊芯檢查也往往因鐵芯的解體維修工作量大未進行，在機車大修時，變壓器鐵芯片解體檢查尚未進行。

圖2　SS4 07044機車A節主變壓器鐵芯硅鋼片絕緣漆膜局部脫落圖片

由此推測，解體SS407044機車A節變壓器鐵芯片時發現的問題應該不是個例，只是有些變壓器的鐵芯片問題仍在潛伏階段，發展到一定階段就會出現色譜數據異常，若超標情況不被注意，該問題發展下去會引起較大的鐵芯渦流和過熱，嚴重時會燒毀變壓器，為運行安全埋下很大隱患。

SS407044機車變壓器出廠時間已23年，大修時建議全面測量鐵芯片絕緣，根據測量情況和入廠前的色譜分析，決定是否解體變壓器器身對鐵芯片進行檢查。2014年8月大修廠對該變壓器鐵芯片進行了全部檢查和漆膜的修復，2014年9月該變壓器裝在新疆烏魯木齊機務段的機車上，跟蹤結果正常。

[1]張有松，朱龍駒.韶山4型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，1988.

[2]王曉鶯.變壓器故障與監測[M].北京：機械工業出版社，2005.

Reason Analysis of Insulation Coating Falling off from SS4Electric Locomotive Main Transformer Core

LI Xia

(Luoyang Locomotive Depot, Zhengzhou Railway Bureau, Luoyang 471002 Henan, China)

According to abnormal data of main transformer oil chromatographic analysis of the SS4electric locomotive, through detailed investigation and analysis, it thought to be caused by insulating film falling off from transformer iron core silicon steel sheet. At last the author puts forward the corresponding improvement suggestions.

SS4electric locomotive; main transformer; core; cause analysis; suggestions for improvement

1008-7842 (2016) 01-0079-03

女，高級工程師(

2015-08-27)

U264.3+6

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.20