武漢地鐵4號(hào)線列車濾波電抗器接線燒損分析

(武漢地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，湖北 武漢 430030)

1 武漢地鐵4號(hào)線濾波電抗器組成及功能

武漢4號(hào)線列車采用六輛編組，四動(dòng)兩拖型式。每個(gè)動(dòng)車配置1個(gè)VVVF(Variable Voltage and Variable Frequency)牽引逆變器箱，每個(gè)牽引逆變器箱內(nèi)都裝配有1臺(tái)濾波電抗器，4號(hào)線三期車輛的濾波電抗器是由北京縱橫機(jī)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(shù)有限公司。

武漢地鐵4號(hào)線三期車輛的線路電抗器為空心電抗器，采用銅作為導(dǎo)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(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面。

1)沒(méi)有鐵芯，不存在鐵磁飽和，電感值的線性度好，無(wú)油結(jié)構(gòu)杜絕了油浸電抗器漏油、易燃等缺點(diǎn)，保證了運(yùn)行安全。

2)可通過(guò)干式空心電抗器優(yōu)化設(shè)計(jì)，按照用戶的不同使用要求快速準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)出最理想的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

3)采用多層繞組并聯(lián)的筒形結(jié)構(gòu)，各包封之間有成通風(fēng)氣道，散熱性好，熱點(diǎn)溫度低。

4)繞組選用小截面圓導(dǎo)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(huán)氧樹(shù)脂的玻璃纖維纏繞嚴(yán)密包封，并經(jīng)高溫固化，使之具有很好的整體性，其機(jī)械強(qiáng)度高，耐受短時(shí)電流的沖擊能力強(qiáng)。

6)采用鋁質(zhì)星形接線架，渦流損耗小。

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

8)運(yùn)行安全、噪音低，不需經(jīng)常維護(hù)。

9)根據(jù)用戶要求，其電感量可以做成可調(diào)的，調(diào)節(jié)范圍可達(dá)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)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(dòng)電流不至于過(guò)高。由于會(huì)產(chǎn)生熱量，線路電抗器被安裝在通風(fēng)道內(nèi)，由設(shè)備風(fēng)扇進(jìn)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(guò)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(hào)線三期自開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，發(fā)生多起由牽引主電路電流監(jiān)控導(dǎo)致的牽引報(bào)紅故障。現(xiàn)對(duì)其中的兩起D46車和D52車進(jìn)行分析。

D46 5車及D52 4車正線運(yùn)營(yíng)時(shí)分別報(bào)出牽引系統(tǒng)嚴(yán)重故障，故障時(shí)報(bào)牽引及制動(dòng)時(shí)牽引主電路電流監(jiān)控，D52車復(fù)位ICU空開(kāi)后故障消失，D46車復(fù)位ICU空開(kāi)后故障未消失。

2.1 外觀檢查

D46 5車電抗器( 序列號(hào)：N56-D-000148.1-0023)表面完好無(wú)變形及磕碰損傷，電阻測(cè)量異常，且電抗器最下端引出線的焊接接頭處已經(jīng)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(hào)：N56-D-000148.1-0035)表面完好無(wú)變形及磕碰損傷，電阻測(cè)量正常，但電抗器最下端引出線的焊接接頭處有燒熔開(kāi)裂現(xiàn)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(duì)D46 5車電抗器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拆解，發(fā)現(xiàn)該電抗器引出線接頭處焊點(diǎn)鋁扁線已熔斷，且熔斷殘余物與銅管端子連接牢固，焊點(diǎn)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(duì)D52 4車電抗器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拆解，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部接頭焊接處已經(jīng)燒熔，焊接接頭處熔斷位置出現(xiàn)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(kāi)，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(mén)子樣品結(jié)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)行研發(fā)，在結(jié)構(gòu)與參數(shù)上與原產(chǎn)品保持一致，由于產(chǎn)品位于風(fēng)道內(nèi)，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(guò)實(shí)際裝機(jī)驗(yàn)證及第三方驗(yàn)證，溫升滿足設(shè)計(jì)需求，為95.2 k。引出電纜選用3根95 mm2/1 800 V等級(jí)耐克森品牌的機(jī)車電纜，根據(jù)《鐵路客車用電線電纜技術(shù)條件(V1.0)》對(duì)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(diǎn)的工藝合理性分析，該型號(hào)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(guò)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(gè)接頭處，未發(fā)現(xiàn)發(fā)黑及熔斷現(xiàn)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(jié)合燒損處的接線現(xiàn)象，判斷為接頭處熔斷是因?yàn)楹附庸と嗽诤附訒r(shí)，對(duì)焊接火焰控制不當(dāng)，造成鋁扁線被焊接火焰融傷。而融傷處由于電流聚集，導(dǎo)致局部發(fā)熱，最終長(zhǎng)時(shí)間工作后發(fā)生熔斷。以上屬于工人操作不當(dāng)，檢測(cè)管控失效導(dǎo)致不合格產(chǎn)品流出。

3 結(jié)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(dāng)引起鋁扁線熔傷，后長(zhǎng)時(shí)間工作并局部發(fā)熱后導(dǎo)致的。

建議后續(xù)可以參考其他品牌的電抗器來(lái)優(yōu)化電抗器引出接線的焊接工藝，并嚴(yán)格把關(guān)工藝流程，避免發(fā)生由于人工操作不當(dāng)引起的電抗器故障。