HXD1 型機車25kV 高壓電纜總成接地線誤連接試驗故障分析及問題處理

楊曉梅，范善仁

（1.中車洛陽機車有限公司，河南 洛陽 471002；2.鄭州宇通客車有限公司，河南 鄭州）

1 25kV 高壓電纜總成結構原理

1.1 結構原理

25kV 高壓電纜結構原理。預制式終端組成的高壓電纜總成（如圖1 所示），主要是由電纜、T 型終端、預制式終端、電纜線卡和銘牌（廠家商標）等組成，其預制式終端用于實現和車頂母線相連，T 形終端用于和車下的牽引變壓器相連接，主要特點是產品抗振性能較好，運行可靠性較高[1]。

圖1 預制式終端電纜總成示意圖

1.2 5kV 高壓電纜引出接地線結構原理

HXD1 型電力機車預制式終端電纜自身引出4根自帶接地線，在電纜T 型終端和法蘭框架處各2根，均為供應商供貨時隨電纜自身攜帶（如圖2 所示）。根據圖3 所示的高壓電纜結構圖[2]可以分析出，HXD1 型電力機車C6 修自身引出的四根接地線分別為：高壓電纜法蘭框架引出接地線1(自帶,耐克森廠家為扁銅編織線，泰科廠家為25mm2黃綠接地線）、屏蔽層與法蘭框架連接接地線2（自帶），屏蔽層引出接地線3（自帶），屏蔽層與T 型頭外罩連接接地線4（自帶）。

圖2 HXD1 型電力機車高壓電纜總成接地線引出方式

圖3 高壓電纜結構圖

2 接地線誤連接引發的常見試驗故障現象問題判斷及原因分析

2.1 試驗故障現象一

1)故障現象。高壓絕緣耐壓試驗時25kV 高壓電纜總成T 型頭處發出咝咝電流聲與爬電故障現象。

2.2 質量問題分析與解決方案措施

2018 年10 月14 日晚HXD1 0063 機車在試驗站高壓試驗時，A 節車下T 型套管處有咝咝電流聲和爬電現象。經與另一節電纜T 型套管對照查證，發現A 節T 型套管少一根黑色接地線，后來自制一根接地線連接后消除爬電故障。但該接地線應為25kV 高壓電纜自帶接地線4，遂查看電纜銘牌廠家并與其工程師取得聯系，被確認高壓電纜總成自帶的接地線不會少也不會丟失。

而在同期10 月15 日作業人員在段內機車HXD1 0154 機車安裝電纜T 型頭時發現，該電纜T 型頭及終端處有三根接地線，隨發現段內外兩個T 型護套的接地線連接形式不一致。后經調查發現兩個合格廠家（耐克森與泰克）的25kV 高壓電纜在T 型護套以及法蘭框架處接地線形式不一致，在電纜總成安裝時極易出現前后車混裝，所以造成0063機車車下T 型護套處少一根接地線。

圖4 （1）耐克森線纜銘牌標識

圖4 （2）耐克森廠家T 型頭安裝接地線連接示意圖

（1）如圖4 所示為耐克森廠家的25kV 高壓電纜的接地線安裝形式，圖4（1）為耐克森廠家25kV高壓電纜銘牌商標；圖4（2）為耐克森廠家T 型頭安裝接地線連接示意圖，其圖2 中的屏蔽層引出自帶接地線3 即為本圖中引出的接地線3 連接與車體上，圖2 中的屏蔽層與T 型頭護套外罩連接接地線4 即為該圖中T 型護套外罩引出的接地線4，直接與屏蔽層引出接地線3 連接于車體同一接地點上；其所配套使用的T 型頭套管實物如圖4（3）所示，T型護套外罩自帶一根黑色接地線4 與屏蔽層引出接地線3（車下終端T 型頭連接接線端制作從應力管上方25kV 高壓電纜絕緣層與黑色防護套管之間抽出的一根黃綠接地線）連接于車體同一接地點上如圖4（4）所示。

（2）圖5 所示即為另一廠家泰科廠家的25kV高壓電纜總成接地線連接的安裝形式，圖5（1）為泰科廠家25kV 高壓電纜商標銘牌；圖5（2）為泰科廠家的25kV 高壓電纜T 型頭安裝接地線連接示意圖，其接地線連接形式與圖2 完全吻合，所配套使用的兩根接地線都從車下終端T 型頭連接接線端制作的應力管上方25kV 高壓電纜絕緣層與黑色防護套管之間抽出，兩根抽頭引出接地線：黃綠接地線為屏蔽層引出接地線3 直接連接于車體上，黑色接地線為屏蔽層與T 型頭外罩連接自帶接地線4 連接在T 型護套的接地安裝點上；實物安裝完成后如圖5（3）所示。

圖4 （3）耐克森廠家配套T 型套管

圖4 （4）車下終端T 型護套安裝后

圖5 （1）泰科廠家線纜銘牌標識

圖5 （2）泰科T 型頭安裝接地線連接示意圖

圖5 （3）車下終端T 型護套安裝后

2.2 試驗故障現象二

1）故障現象。HXD1 0154 機車于2018 年11月5 日公司檢修回段，于2018 年12 月5 日由于TCU 原邊電流差動保護、跳主斷引發機破，隨公司對內部多臺進入試驗階段的HXD1 機車在試驗廠線正線進行跟蹤檢查，而發現檢修后的機車都存在接地電流比原邊電流大，并且隨著原邊電流的增大差值越來越大。

由于高壓電纜總成兩根屏蔽層接地線都接地引起C6 修機車批量出現接地電流大于原邊電流，且隨著原邊電流的增大差值越來越大引起TCU 原邊電流差動保護、跳主斷的故障現象。針對此故障現象，事業部電氣工段同步對兩臺機車的電流互感器進行了性能試驗后，其實際最大電流差值均在7.5A 以內，故先排除非電流互感器故障原因。

2）原因分析。此種情況在HXD1 機車二年檢試驗過程從未發生，所以先分析到由原來雙T 型頭式的高壓電纜總成變更為單T 型頭式的25kV 高壓電纜總成，但該種電纜在HXD1B 與 HXD1C 機車中大量運用，可滿足大功率機車正常使用，并無性能問題，最后分析到車頂部25kV 高壓電纜所連接的接地線發生了變化。HXD1 機車原設計雙T 型頭式高壓電纜，其頂部接地線連接形式如圖6（1）所示，從T 型護套直接引出連接于頂部車體上，相當于圖2 中的頂部T 型護套外罩（變更后法蘭框架）引出接地線1，沒有屏蔽層與T 型護套外罩（法蘭框架）連接接地線2；圖6（2）所示為變更后的25kV 高壓電纜，與6（1）對比多一根屏蔽層至法蘭框架的接地線2（圖中用綠色橢圓標注的接地線），即屏蔽層接地電纜由單根變成了上下兩根同時接地，導致屏蔽線纜與車體直接形成回路。

圖6 （1）原設計車頂穿墻管處接地線連接方式

圖6 （2）變更后車頂法蘭處接地線連接方式

通過圖6（1）與圖6（1）高壓電纜結構圖分析，變更后的25kV 高壓電纜總成接地線連接形式即為屏蔽層接地電纜由原設計的單根變成了上下兩根同時接地，導致屏蔽線纜與車體之間直接形成了回路。在高壓電纜通過原邊電流時，屏蔽層、接地線、車體形成的回路中產生了一個與原邊電流相反的感應電流，且電流值會隨著原邊電流增大而增大。原邊電流互感器感應的電流為高壓電纜主芯的原邊電流和屏蔽層的電流和，從而原邊電流互感器感應電流會減小，當原邊電流值大到一定程度時，TCU檢測到的原邊電流就會比接地電流小超過30A，從而引起TCU 跳主斷保護。

為驗證上述理論結果是否成立，25kV 高壓電纜兩端屏蔽層均接地是導致該試驗故障的要因，我們特對公司內部的機車分別進行屏蔽層引出接地線2與3 都接地和一端接地分別進行試驗加以驗證：

如圖7 所示，機車高壓電纜總成屏蔽層引出接地線在主變A 端子和車頂穿墻瓷瓶法蘭框架處分別均有接地的情況下，采集的機車原邊電流和回流電流的情況。通過試驗數據圖可以看出，在機車速度為40km/h，牽引力為100.75kN，原邊電流為99A，回流電流為111A，原邊電流比回流電流低12A。

圖7 高壓電纜總成屏蔽層引出接地線兩端均接地試驗情況

如圖8 所示，機車高壓電纜總成屏蔽層引出接地線僅在主變A 端子處接地的情況下，采集的機車原邊電流和回流電流的情況。通過試驗數據圖可以看出，可以看出，在機車速度為62km/h，牽引力為100kN，原邊電流和回流電流均為156A 左右，相差很小。

圖8 高壓電纜總成屏蔽層引出接地線僅A 端子處接地試驗情況

通過上述試驗驗證示意圖，將高壓電纜在穿墻瓷瓶法蘭框架處將圖2 中標識的接地線2 拆除前后，分別對機車原邊電流和回流電流進行檢測發現，將接地線2 拆除后，原邊電流和回流電流一致，基本沒有差別。分析其原因，由于高壓電纜的屏蔽層分別在主變A 端子和頂蓋穿墻瓷瓶處兩點接地，這樣在電纜中出現大電流時，根據楞次定律，會在屏蔽層中感應出方向相反的電流，這樣在傳感器測量時就會將真實的電流減小，出現原邊電流比回流電流低，并隨著電流的增大其差值也越大[3]。

3 杜絕檢修25kV 高壓電纜接地線誤接故障的處理措施

3.1 對試驗故障1 的處理措施

優化電纜總成T 型套管安裝流程

（1）25kV 高壓電纜總成新品接收時，在查看高壓電纜的外觀狀態符合工藝要求、各件齊全完整的情況下，由檢修接件人員在高壓電纜盛放箱、高壓電纜、T型護套上做好車號與節號的標識，做標識時需注意一臺車的25kV 高壓電纜、T 型護套必須是同一個廠家。

（2）安裝人員在T 型護套安裝時，核查廠家名牌與標注的車號與節號的T 型護套是否為同一廠家，即核實主變A 端子處連接地接地線為兩根即圖2 所示的接地線3 和接地線4，如有其他情況均為異常情況須在前工序核實處理，避免造成試驗故障。并在安裝前、安裝過程中注意對T 型頭終端以及護套的清潔防護，安裝完畢用干凈的塑料布防護，避免吸附塵埃或金屬顆粒或不干凈帶來的其他試驗放電隱患。且高壓電纜布線與T 型護套安裝兩個工序作業需連接在一起進行，避免中間停滯時間長出現安裝錯誤。

這個流程解決了目前25kV 高壓電纜總成安裝中存在的兩個問題：(1) 布線作業25kV 高壓電纜裝車與接線作業T 型頭套管安裝時間間隔長、T 型頭護套V 庫管理三個作業之間的T 型頭套管與安裝電纜廠家不一致問題；(2)T 型頭護套作業者快速識別領用配套的T 型頭護套。

3.2 對試驗故障2 的處理措施

對于廠家供貨的25kV 高壓電纜總成，作業人員在25kV 高壓電纜接收驗收時將其自帶的接地線2 在法蘭框架出拆除后并做絕緣包扎防護，確保高壓電纜連接安裝過程中的接地保護層只單端接地，消除其引起差動電流保護的故障。