武漢地鐵4號線列車濾波電抗器接線燒損分析

(武漢地鐵運營有限公司，湖北 武漢 430030)

1 武漢地鐵4號線濾波電抗器組成及功能

武漢4號線列車采用六輛編組，四動兩拖型式。每個動車配置1個VVVF(Variable Voltage and Variable Frequency)牽引逆變器箱，每個牽引逆變器箱內都裝配有1臺濾波電抗器，4號線三期車輛的濾波電抗器是由北京縱橫機電科技有限公司提供，電抗器的原廠家為寧夏銀利電氣股份有限公司及深圳英大科特技術有限公司。

武漢地鐵4號線三期車輛的線路電抗器為空心電抗器，采用銅作為導電材料。該電抗器的初始電感值2 MH-0%+10%，額定電壓DC750 V，額定電流750 A，電阻的正常范圍20.1～23.8 mΩ，重量115 kg。

空心電抗器的特點主要體現在以下方面。

1)沒有鐵芯，不存在鐵磁飽和，電感值的線性度好，無油結構杜絕了油浸電抗器漏油、易燃等缺點，保證了運行安全。

2)可通過干式空心電抗器優化設計，按照用戶的不同使用要求快速準確的設計出最理想的結構參數。

3)采用多層繞組并聯的筒形結構，各包封之間有成通風氣道，散熱性好，熱點溫度低。

4)繞組選用小截面圓導線多股平行繞制，可使渦流損耗和漏磁損耗明顯減小。

5)繞組外部用浸漬環氧樹脂的玻璃纖維纏繞嚴密包封，并經高溫固化，使之具有很好的整體性，其機械強度高，耐受短時電流的沖擊能力強。

6)采用鋁質星形接線架，渦流損耗小。

7)空心電抗器的整個內外表面上都涂有抗紫外線防老化的特殊防護層，能耐受戶外惡劣的氣候條件。

8)運行安全、噪音低，不需經常維護。

9)根據用戶要求，其電感量可以做成可調的，調節范圍可達5%或更大一些。

濾波電抗器是線路濾波器的一部分，位于電氣驅動系統的進口處，線路電抗器與直流電路電容器一起起到線路濾波器的作用并控制啟動電流不至于過高。由于會產生熱量，線路電抗器被安裝在通風道內，由設備風扇進行冷卻。電路中線路電抗器位于線路接觸器后面，因此總載荷電流將流過線路電抗器。

2 濾波電抗器接線燒損情況及分析

武漢地鐵4號線三期自開通運營以來，發生多起由牽引主電路電流監控導致的牽引報紅故障。現對其中的兩起D46車和D52車進行分析。

D46 5車及D52 4車正線運營時分別報出牽引系統嚴重故障，故障時報牽引及制動時牽引主電路電流監控，D52車復位ICU空開后故障消失，D46車復位ICU空開后故障未消失。

2.1 外觀檢查

D46 5車電抗器( 序列號：N56-D-000148.1-0023)表面完好無變形及磕碰損傷，電阻測量異常，且電抗器最下端引出線的焊接接頭處已經熔斷，如圖1所示。

圖1 D46 5車電抗器引出接線外觀圖

D52 4車電抗器( 序列號：N56-D-000148.1-0035)表面完好無變形及磕碰損傷，電阻測量正常，但電抗器最下端引出線的焊接接頭處有燒熔開裂現象，如圖2所示。

圖2 D52 4車電抗器引出接線外觀圖

2.2 拆解檢查

對D46 5車電抗器進行現場拆解，發現該電抗器引出線接頭處焊點鋁扁線已熔斷，且熔斷殘余物與銅管端子連接牢固，焊點依舊存在，如圖3所示。

圖3 D46 5車電抗器引出接線拆解圖

對D52 4車電抗器進行現場拆解，發現內部接頭焊接處已經燒熔，焊接接頭處熔斷位置出現局部熔化后又凝固的跡象，部分焊接處已成碎渣，焊接處可輕易拉開，如圖4所示。

圖4 D52 4車電抗器引出接線拆解圖

2.3 原因分析

從線纜截面選取合理性分析，由于銀利牌空心電抗器基于原西門子樣品結構及參數進行研發，在結構與參數上與原產品保持一致，由于產品位于風道內，故繞組選用3根6×10雙玻璃絲聚酰亞胺包鋁扁線，工作電密為4.167 A/mm2，通過實際裝機驗證及第三方驗證，溫升滿足設計需求，為95.2 k。引出電纜選用3根95 mm2/1 800 V等級耐克森品牌的機車電纜，根據《鐵路客車用電線電纜技術條件(V1.0)》對于電纜線的安全參考載荷量95 mm2線纜為360 A，則3根電纜安全載荷量為1 080 A，大于額定的750 A，故電纜線截面選取余量足夠。

從電抗器接頭處焊點的工藝合理性分析，該型號電抗器線圈采用鋁扁線燒制，引出線纜為銅線芯，線纜壓接銅管端子，端子與鋁扁線通過釬焊連接，焊接工藝方案如圖5所示。

圖5 線纜焊接工藝

焊接接頭連接處用兩層亞胺膠帶外包，再半疊包兩層硅橡膠自粘帶，再套黑色雙壁管熱縮，完成電纜的絕緣處理，如圖6所示。

圖6 焊接接頭外包膠帶及熱縮管

拆解D46 5車故障電抗器的其他5個接頭處，未發現發黑及熔斷現象，如圖7所示。

圖7 D46 5車電抗器正常接線拆解圖

綜合以上分析并結合燒損處的接線現象，判斷為接頭處熔斷是因為焊接工人在焊接時，對焊接火焰控制不當，造成鋁扁線被焊接火焰融傷。而融傷處由于電流聚集，導致局部發熱，最終長時間工作后發生熔斷。以上屬于工人操作不當，檢測管控失效導致不合格產品流出。

3 結論及措施

從上面的分析可以看出：濾波電抗器的引出接線燒損是由人工焊接工藝控制不當引起鋁扁線熔傷，后長時間工作并局部發熱后導致的。

建議后續可以參考其他品牌的電抗器來優化電抗器引出接線的焊接工藝，并嚴格把關工藝流程，避免發生由于人工操作不當引起的電抗器故障。