對SS4型電力機車牽引變壓器氣相色譜法故障診斷注意值的探討

摘 要：要完全沿用地面變壓器的故障預測標準，很難對SS4型電力機車變壓器（動態開放式）潛伏性故障作出正確判斷，為此作者根據多年的現場數據統計分析，提出了對SS4型電力機車氣相色譜法故障診斷注意值的修改意見，供大家探討。

關鍵詞：SS4型電力機車；色譜分析；故障診斷注意值

1 概述

現在對電力機車所用的氣相色譜分析判斷標準，是沿用變電站、供電段等地面變壓器的分析標準，它對機車變壓器（動態開放式）做出的故障預報經常與實際情況出入較大。

2 變壓器結構和故障診斷的關系

電力機車使用的牽引變壓器是開放式變壓器。所謂開放式變壓器就是變壓器油與大氣相通的形式（經吸濕器），因此有時也稱這種變壓器為自由呼吸式變壓器。電力機車牽引變壓器及容量一般在500KVA以下的電力變壓器都屬于這類變壓器。

目前我國電氣化鐵路上作為牽引動力的電力機車型號較多，同時由于牽引動力的需要，電力機車的功率大小不一，因此作為電力機車變壓器的容量也不同，變壓器的結構也存在著一定的差異；機車一般采用單相降壓變壓器，變壓器的結構主要由鐵芯、線圈、油箱、油保護裝置、冷卻系統和套管等組成。我們所要研究的是變壓器的一般結構與內部故障所產生的特征氣體的關系，具體的是指變壓器油保護方式及變壓器油循環系統與內部（磁路、導電回路等）故障的聯系，這對于我們判斷機車牽引變壓器故障是重要的，同時故障部位的準確診斷也為檢修提供了可靠的范圍。

（1）鐵芯：機車變壓器的鐵芯為芯式結構，由冷軋硅鋼板構成鐵芯，鐵芯用夾件夾緊，夾件與硅鋼片之間有油道以作為絕緣和冷卻油流路徑，鐵芯接地點由接地片與壓釘相連，正常運行狀態下，變壓器鐵芯產生一定溫升是允許的（渦流一定時），這時變壓器油中特征氣體的含量比較低，如果變壓器鐵芯夾件松動或硅鋼片材質、工藝質量出現問題（如鐵芯渦流過大），就會產生較高的溫度，因此變壓器油中特征氣體的含量就高于正常狀態下的含量（其中一個顯著特征是油中乙烯含量的增加），此外變壓器鐵芯只允許一點接地，即變壓器設計上接地片與壓釘相連點，如果另出現接地點（如金屬件脫落在鐵芯與外殼或接地處）時，也會產生上述異常情況。這類故障大多屬于熱性故障或稱磁路故障。

（2）線圈：線圈也稱繞組，機車變壓器線圈一般由高壓線圈、牽引線圈和輔助線圈組成，正常狀態下變壓器線圈發熱的溫度是一定的，并由此產生的特征氣體的種類和含量都是一定的。如果變壓器線圈漏磁過大或產生環流，則線圈產生的溫度就高于正常狀態下的溫度，此時變壓器油中特征氣體的含量就會增加，其中乙烯和一氧化碳含量的增加比較顯著，這是由于乙烯是變壓器油過熱的產物，而一氧化碳則是固體絕緣材料（線圈或者匝、層間的絕緣紙）裂解的產物，當線圈過熱嚴重且時間較長就會導致匝、層間絕緣破壞，最終出現線圈匝、層間擊穿或短路（往往是熱性故障的最終表現形式），同時產生電弧放電的特征氣體——乙炔，乙炔的出現標志故障點的溫度高于1000℃。一般來說，變壓器線圈出現故障時變壓器油中一氧化碳的含量比較高，因此變壓器內部出現電弧放電時的特征氣體乙炔時，通常根據變壓器油中一氧化碳的含量來判斷故障是否涉及固體絕緣材料（大多情況下指線圈），而實質上是過熱引起固體絕緣劣化，導致絕緣擊穿。

（3）油保護裝置：機車變壓器油保護裝置一般包括儲油柜、油表、吸濕器、溫度計、凈油器及油流裝置等組成。對于變壓器油中溶解氣體分析及診斷技術，我們現在還是沿用變電站、供電段等地面變壓器的分析標準，它對機車變壓器（動態、開放式）做出的故障預報經常與實際情況出入較大。機車變壓器不僅具有開放變壓器的特征，而且具有動態運行的特殊性，因此變壓器油中溶解氣體的變化及規律更難以掌握，顯然研究機車變壓器油中特征氣體具有現實意義。

（4）冷卻系統：機車變壓器采用強迫導向油循環風冷（即OFAF），由于機車容積及運行的特殊性，機車變壓器油箱與冷卻器（散熱器）之間上端由蝶閥，油流繼電器，潛油泵連接，下端由蝶閥連接，通風機安裝在冷卻器上，因此變壓器油循環是依靠潛油泵來完成的，顯然，當變壓器潛油泵發生電氣故障時其表現形式及故障特征與變壓器幾乎無差異！因此這是值得注意的情況，我們不能因為潛油泵的故障而對變壓器產生誤判斷。

由以上內容了解到了變壓器內部結構及出現故障時油中溶解氣體的特征，下面就對SS4型電力機車變壓器油氣相色譜分析注意值給出改進建議。

3 對洛陽機務段2013年1月至2016年1月配屬的82臺SS4型機車的氣相色譜統計數據分析

3.1 SS4型電力機車數據統計分析

洛陽機務段2013年1月至2016年1月配屬的82臺SS4型機車的605次數據統計分析如表1-表3所示。

從上表的數據統計分析來看：若將乙炔的注意值由大于5μL/L提高到大于15μL/L；總烴的注意值由大于150μL/L提高到大于400μL/L，它的預報準確率會分別由4.3%上升到28.1%和由5.7%上升到24.1%，并且還不會漏報，這樣可大大減少檢修人員的工作量。

3.2 建議對SS4型機車變壓器油中溶解氣體的注意值進行調整

從洛陽機務段2013年1月至2016年1月，三年間82臺SS4型機車變壓器油的605次分析數據統計來看，H2<150μL/L 、C2H2<15μL/L、總烴<400μL/L、各組分絕對產氣率及總烴相對產氣率變化不顯著時均未發現故障。

所以，結合以上數據分析，參考IEC三比值法及GB/T 7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，建議對SS4型機車變壓器油中溶解氣體采用如下注意值比較合適。

總烴：≥400μL/L 乙炔：≥15μL/L 氫氣：<150μL/L

絕對產氣速率和相對產氣速率仍參照GB/T 7252-2001執行。

參考文獻

[1]中華人民共和國水利電力部.SD187-86 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[M].水利電力出版社.

[2]何志.電力用油[M].水利電力出版社，1986.

[3]GB/T 7252-2001.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].

[4]何宏群，陳應川，季建鄭，等.關于電力機車主變壓器油中特征氣體的研究（上）[J].變壓器.

作者簡介：王公社（1962-），漢族，陜西禮泉縣人，職務：化驗室主任。