电力机车用高压电压互感器烧损原因及预防措施的探讨

摘要：针对电力机车在线运行发生高压互感器故障后的解体检测情况，结合高压电压互感器检修工艺过程、产品结构状态、烧损部位、运行过程等方面，对高压电压互感器烧损原因进行分析，并提出预防整改措施和建议。

关键词：高压电压互感器；故障；分析

1 问题的提出

高压电压互感器是一种专门用作交换电压的特种变压器，是利用电磁感应原理工作的。高压电压互感器连接在电力机车高压回路的高压隔离开关及主断路器之间，进行机车电网电压测量和继电保护。所以在电力机车上，一旦高压电压互感器故障及烧损，其上的压力释放阀呈开启状态，高压绕组线圈就会烧损炸开，箱体变形，影响电力机车的正常运行。电力机车高压电压互感器的烧损已经成为行业内很头疼的一件事情，所以对高压电压互感器烧损原因及预防措施的探讨很有必要。

2 原因分析

2.1 高压电压互感器检修工艺过程：产品入厂鉴定，取互感器内油样进行色谱分析，确定铁心线圈有无潜伏性的过热或放电故障，解体→引出线分解→吊出器身清洁检查→器身真空干燥→引出线连接→总装配及注油→静放出厂试验→外施耐压和感应耐压试验→检查绝缘→有无匝间和层间绝缘击穿→渗漏油耐压检测→交检交验。

2.2 产品结构状态分析：高压电压互感器线包为层式绕制结构，内2层是100匝的次低压绕组，外50层是一次高压绕组，由A、B、C、D、E五段组成，每段10层，由φ0.17mm2和φ0.67mm2漆包圆铜线卷绕而成，匝数共25000匝。为增加引出线的强度，在E段的末层采用φ0.67mm2与φ0.17mm2漆包圆铜线过渡焊接。一方面由于高压引出线在E段最外层连接部位可能存在着质量缺陷，如导线焊接质量、过度张紧、连接过渡状态、绝缘防护等，另一方面φ0.67mm2与φ0.17mm2的焊接部位在锡融化处与导线间存在不同热效应现象，是最易断裂烧损的部位。

2.3 烧损部位分析：故障的发生部位在高压绕组最外层部分，即E段的最后一层。由于电位梯度分布的原因，高压线圈E段处最容易造成绝缘的击穿，其之所以在E段烧损居多，其根本原因是暂态电压侵入线圈时，沿线圈形成极不均匀的初始电位分布。一般情况下绕组首端的电位梯度是平均电位梯度的5～20倍，首端电位梯度远大于绕组其他部位造成绝缘的击穿，引发匝间和层间绝缘短路故障。且初始电位分布与稳态电压分布不同，易导致高压线圈内部产生电压震荡，加速线圈绝缘老化，造成潜伏性的故障隐患或加速故障的扩大。

2.4 运行过程分析：高压电压互感器本身阻抗很小，额定电压比为25000/100，由于主断路器合闸瞬间过电压，合闸涌流引起电压互感器产生铁磁谐振过电压，过电压导致铁心过饱和而形成过电流，使电压互感器线圈导线在最薄弱处（如自身制造质量上存在的缺陷或焊接部位）首先遭到绝缘破坏或短路烧损，当互感器发生匝间和层间短路时，由短路所造成的发热又会使周边的温度升高，进一步造成匝间、层间绝缘破坏，故障气体产生，导致油箱内空气压力、温度升高，压力释放阀动作，变压器油喷出。

电压互感器额定功率P=20VA，U=25kV，计算可得I=0.04A。正常状态下车顶电压互感器虽承受25kV大电压，但通过电流很小，最大通过电流约为0.04A。当高压电压互感器发生短路烧损时，虽然短路电流很大，但得不到保护及故障切除，运行中未能及时发现车顶情况继续运行，变压器油大量减少后，线圈冷却及绝缘状态恶化，电流急速增长烧毁线圈，造成高电压接地等，同时箱内温度急速升高，压力成倍增大，导致箱盖炸裂。

比对和谐电力机车干式高压电压互感器爆炸一样，烧损的往往也是电压互感器一次绕组C段最外层，分析文章认为接触网中存在高次谐波，机车运行中经常受到暂态电压的侵入，加速了线圈的绝缘老化，造成线圈匝、层间的绝缘击穿而烧损，当然油浸式高压电压互感器同样遭受着高次谐波和暂态电压的侵入和影响。电力机车高压电压互感器的烧损已经成为行业内很头疼的一件事情。

综上分析，电力机车用高压电压互感器烧损是由于最外层线匝所处的电位梯度、过渡焊接、张紧等质量缺陷，在运行中某一区段和时段，受谐波磁振和暂态电压的侵入，过流致导线烧损，过压造成绝缘下降，并因高电压产品，烧损和电弧发展很快，如某烧损的高压电压互感器修复后的色谱分析为正常状态，表明磁路和电路无过热和放电现象，数据如下表所示：

3 预防整改措施

3.1 加强工序质量控制，严格工艺纪律检查，提高试验质量，并对高压电压互感器入厂变压器油的色谱全面分析。

3.2 保护电路改造

高压电压互感器的高压一次侧A端通过金属软编线与车顶导电杆母线连接，该编织线可耐大电流，当互感器发生短路、接地产生大电流时不能自行熔断。为此，我们将高压互感器与主电路联接软编织线改为φ1.5mm2导线。当电压互感器发生故障，导线自行熔断，及时将高压侧25kV电路隔离，机车仍能升弓得电，维持正常运行，避免恶性事故的进一步扩大和发生。

3.3 及时跟踪网压的变化和监控

机车升弓后，正常网压在17～31kV的范围内。当高压电压互感器发生匝间或层间短路但还未烧损且具备检测功能时，其所输出的网压数据会连续超高。如网压高于31.5KV，甚至32KV，并持续一定的时间。当烧损故障发展到一定程度时，网压会出现波动和抖动，因此需及时跟踪网压的变化和监控，当机车折返或整备时，及时对高压电压互感检查，吸湿器内有无进油，压力释放阀标示杆是否动作，车顶有无油迹等。

3.4 厂段联合及时对电压互感器变压器油色谱分析跟踪控制

机车高压电压互感器为油浸式结构，线圈导线为漆包线，其绝缘结构不同于变压器绕组纸包绝缘纸，因此色谱分析与变压器油中溶解特征气体含量分析法过热放电有相同之处，但又有很大不同，如作为高压产品，一般无过热特征，如果电压互感器没有任何故障，那么烃类气体含量为恒量或为0。

参考文献：

[1] GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》

作者姓名：

江蕾蕾（1983-），女，河北邯郸人，工程师，大学本科，从事电力机车设计工作。

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