HXD1D型機車主變壓器故障防治

佘朝海 劉安龍

摘? 要：HXD1D型機車主變壓器為機車本身和牽引車輛提供轉換后的電能，在機車上占據非常重要的作用，其包含很多附屬保護裝置，如油流繼電器、溫度傳感器、壓力釋放閥、布赫繼電器等，這些傳感器起到保護主變壓器始終處于正常工作狀態的作用。在機車實際運用中，該段發生了很多非主變壓器本身故障，而附屬保護裝置起保護引發的機破，影響了機車的正常運行。該文就如何防治主變壓器附屬保護裝置動作進行了研究。

關鍵詞：HXD1D機車? ?主變壓器? ?壓力釋放閥? ?布赫繼電器? ?機破

中圖分類號：U269.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）07（c）-0053-03

Abstract： HXD1D locomotive main transformer provides converted electric energy for the locomotive itself and traction vehicles， and plays a very important role in the locomotive. It contains many auxiliary protection devices， such as oil flow relay， temperature sensor， pressure release valve， Bucher relay， etc. These sensors protect the main transformer from always working normally. In the actual application of the locomotive， many non main transformer faults have occurred in this section， and the auxiliary protection device has locomotive failure caused by protection， which affects the normal operation of the locomotive. This paper studies how to prevent the action of auxiliary protection device of main transformer.

Key Words： HXD1D locomotive; Main transformer; Pressure relief valve; Bucher relay; locomotive failure

HXD1D型機車是我國客運牽引動力主力機型之一，由中車株洲電力機車有限公司研制，為交流傳動六軸7 200 kW，最高速度可達160 km/h。

主變壓器型號為：TBQ44-9900/25型，用來把接觸網上取得的25 kV高壓電變換為各種類型低壓電，以滿足機車上牽引電機和其他輔助電氣的工作需要。變壓器為臥式安裝，吊掛在車體下。主變壓器為心式變壓器。采用A級絕緣和普通礦物油[1]。由壓力釋放閥、油流繼電器、電阻溫度計、布赫繼電器相互作用，為主變壓器的安全可靠運用提供保護。

1? 問題的提出

2016年2月27日，該段HXD1D0269機車因主變壓力釋放閥動作，主斷合不上，影響列車1小時45分，造成機破。原因為主變壓器壓力釋放閥開關連鎖內部斷路不通。

2016年3月1日，該段HXD1D0014機車因主變壓力釋放閥動作，主斷合不上，影響列車54分，造成機破。原因為主變壓器壓力釋放閥開關連鎖內部斷路不通。

2017年7月20日，該段HXD1D0006機車因主變壓力釋放閥動作，主斷合不上，影響列車1小時33分，造成機破。原因為某檢修段因主變壓器排氣范圍執行不徹底，主變壓器油二氧化碳含量較大，機車運行中主變壓器油流動，油中所含的二氧化碳析出，導致主變油箱內部壓力增大，超過主變壓力釋放閥動作值（70 kPa），壓力釋放閥動作。

2018年7月12日，該段HXD1D0003機車因布赫繼電器警告，重慶換車，影響列車19分，造成機破。原因為某檢修段因主變壓器排氣范圍執行不徹底，造成氣體進入布赫繼電器，上浮球下沉，布赫繼電器動作。

2? 防治壓力釋放閥動作研究

壓力釋放閥作為變壓器核心保護裝置，它的作用是當變壓器油箱內部因某種故障而使壓力急劇增大、其壓力達到標定值時，壓力釋放閥能迅速開啟釋放，從而防止變壓器油箱破裂或爆炸[2]。

該段在2016年及2017年發生3件因壓力釋放閥動作引發的機破，這3件壓力釋放閥動作產生的原因，均不是因為主變壓器內部繞組故障引發的壓力釋放閥動作。

分析這3起壓力釋放閥動作原因如下：（1）主變壓器壓力釋放閥開關連鎖內部斷路導致動作。（2）更換油泵等部件后，空氣進入主變壓器，修程中主變壓器排氣不徹底，箱體上部氣體過多，運行途中主變油內二氧化碳析出，主變壓器器體內部壓力過大導致壓力釋放閥動作。

2.1 主變壓器壓力釋放閥開關連鎖內部斷路故障防治

針對HXD1D0269及HXD1D0014主變壓器壓力釋放閥開關連鎖內部斷路。造成壓力釋放閥動作。該段進行了徹底研究，打開壓力釋放閥微動開關保護蓋，發現內部較臟。該段又對其他HXD1D型機車壓力釋放閥微動開關進行了檢查，發現部分壓力釋放閥微動開關內部較臟，部分微動開關內還有水跡[3]。原因為水從微動開關接線盒流入壓力釋放閥簧片，長期作用下，簧片失效，使壓力釋放閥開關連鎖內部斷路不通，見圖1。

壓力釋放閥及其微動開關在安裝設計上，容易進水，存在以下問題：（1）壓力釋放閥微動開關蓋板防水性不強。（2）機械間處線槽未密封，水可從車體機械間線孔流入線管進入微動開關接線盒。

防治措施為如下改進：一是對壓力釋放閥微動開關保護蓋進行了打膠密封防水處理;二是將進入壓力釋放閥的線管分叉處進行灌膠處理，防止從機械間流下的水進入接線盒;三是在機械間線槽處打膠。具體見圖2、圖3。執行上述3個措施后，壓力釋放閥微動開關接線盒內干凈，水無法進入接線盒，也沒有因壓力釋放閥開關連鎖內部斷路不通而引發機破。

2.2 主變壓器內部氣體過多防治

HXD1D0006機車為經過某檢修段C5修程檢修后走行28 000 km即發生壓力釋放閥動作而機破，通過對該故障進行調查分析，原因為主變壓器油泵更換處理過程中，主變壓器油泵及管路內殘留氣體，氣體在未及時排出的情況下，隨主變壓器油循環進入主變壓器箱體內，并上浮形成空氣氣泡，伴有大量氣泡聚集粘附在主變壓器內高壓繞組線圈及電抗器側。當機車大功率運行時高壓繞組側持續發熱升溫，因高壓繞組線圈及電抗器側空氣膨脹速度比油快，導致箱體內壓力急劇上升，超出壓力釋放閥壓力開啟值（70 kPa），壓力釋放閥動作[4]。

防治措施：一方面，該段督促某檢修段在做高級修程時加強對主變壓器排氣過程的卡控。另一方面，該段在更換油泵、復合冷卻塔等主變壓器附屬部件，作業完畢后，嚴格按照主變壓器排氣流程進行排氣。

3? 防治布赫繼電器動作研究

布赫繼電器工作原理為，當主變壓器內部發生故障時，產生的電弧使絕緣材料分解，產生大量氣體或造成油流沖動，使布赫繼電器上浮子或者下浮子下沉，布赫繼電器的接點動作，并及時向機車中央處理器 VCM 發出信號，機車將報“布赫繼電器警告”或者“布赫繼電器報警”，當“布赫繼電器報警”時，機車跳主斷。

對該段機車在運用過程中布赫繼電器報警原因進行了統計，具體見表1。

從表1可以看出，都是由于因蝶閥開啟不到位或主變內部氣體過多引起布赫繼電器報警。沒有因主變本身故障，電弧產生大量氣體或造成油流沖動使布赫繼電器報警。

3.1 蝶閥開啟不到位引起布赫繼電器動作防治

在更換油泵、油流繼電器等主變壓器附屬部件時，需要將主變油管路蝶閥關閉，在恢復時，可能存在人為原因未將蝶閥開啟到位。機車運行中，油泵工作，如果蝶閥開啟不到位，將會在流動的主變油間形成擋板，產生“空化現象”，形成氣體。這種現象與潛艇螺旋槳在水里轉動時產生氣體原理是一樣的。產生的氣體通過補償油管，進入布赫繼電器，使布赫繼電器上下浮子下沉，造成布赫繼電器動作[5]。

防治措施：該段在日常整備及小輔修過程中加強了對主變壓器蝶閥的狀態檢查，發現蝶閥處理半開位，蝶閥鎖緊螺帽未緊固等情況，及時進行處置。

3.2 主變壓器內氣體過多引起布赫繼電器動作防治

主變壓器內氣體過多，一方面會引起壓力釋放閥動作，另一方面氣體從補償油管進入布赫繼電器，也會引起布赫繼電器動作。

防治措施：在更換油泵、復合冷卻塔等主變壓器附屬部件，作業完畢后，嚴格按照主變壓器排氣流程進行排氣。

4? 主變油溫高防治

HXD1D型機車設有兩個PT100溫度傳感器時刻監測主變壓器油溫。機車油泵帶動油循環進入復合冷卻塔進行油冷卻。如果主變油溫高，會引起HXD1D型機車主變油溫保護跳主斷。

防治措施：整備時測量復合冷卻塔出風口風速，風速應高于8 m/s，否則對復合冷卻塔散熱器進行清洗。在C1/C2/C3修程中對復合冷卻塔進行清洗。整備及小輔修修程中加強對油流繼電器工作狀態的檢查。

5? 主變壓器本身故障防治

主變壓器繞組本身故障率較低?？梢酝ㄟ^對主變油進行色譜及耐壓化驗分析主變壓器油或者繞組是否存在問題[6]。

防治措施：在C3修程及更換油泵、復合冷卻塔等主變壓器附屬裝置補油后，對主變壓器油進行化驗分析。

6? 措施效果

通過對HXD1D型機車壓力釋放閥進行改進，加強對主變油管路蝶閥狀態的檢查，加強對主變壓器排氣過程卡控等措施的落實，該段2019年沒有發生因主變壓器故障造成的臨修或者機破，取得了很好的效果。

參考文獻

[1] 劉好平.HXD1型機車冷卻塔注油工藝缺陷分析與對策[J].電力機車與城軌車輛，2018，41（4）：87-89.

[2] 李新成.HXD1C型機車主變壓器壓力釋放閥故障原因分析及解決措施[J].電力機車與城軌車輛，2018，41（1）：90-92.

[3] 彭俊，黃思良，邢志強，等.HXD1D型機車粉末冶金閘片磨削檢修工藝研究[J].科學技術創新，2020（31）：185-186.

[4] 楊燕燕.和諧型大功率機車檢修質量管理研究[D].西安：西安電子科技大學，2019.

[5] 陳敏，遲洪.電力機車檢修中的信息管理探討[J].現代工業經濟和信息化，2019，9（12）：108-109.

[6] 王曉棟.關于太中銀線路HXD1型機車空轉抑制分析[D].北京：中國鐵道科學研究院，2020.