SS4改型电力机车主变压器铁芯绝缘漆膜脱落的原因分析

李　霞

(郑州铁路局　洛阳机务段， 河南洛阳 471002)



SS4改型电力机车主变压器铁芯绝缘漆膜脱落的原因分析

李霞

(郑州铁路局洛阳机务段， 河南洛阳 471002)

针对SS4改型电力机车主变压器油色谱分析数据异常情况，通过对变压器进行吊芯和解体检查，采用特征气体三比值法的基本原理及方法，经过详细调查分析认为是变压器铁芯硅钢片绝缘漆膜脱落所致，并提出了相应改进建议。对运行时间较长的牵引变压器类似故障有一定借鉴意义，为运行维护部门提供参考。

电力机车； 变压器； 铁芯； 铁芯； 原因分析

洛阳机务段SS407044号电力机车A节主变压器于2013年12月26日发现油色谱分析数据异常，氢气、乙炔、总烃含量均超过了注意值。该车于2013年6月4日做大修，大修后走行89 328 km。缩短跟踪周期至2013年12月31日再次做色谱分析，发现5天内氢气含量增加20μl/l，乙炔含量增加16μl/l，总烃含量增加73μl/l，产气速率加快，亟待对变压器进行进一步检查，查找故障原因。2013年8月～2014年1月间的色谱分析数据如表1所示。

0-1为机车第1次辅修、1-0为机车第1次小修，临修为因机车故障扣回修理。

1　机车主变压器铁芯硅钢片结构

变压器铁芯硅钢片在叠装之前都要涂上绝缘漆，使铁芯产生涡流的那个截面，被分割成很多的小截面导体，这样其总电阻变大，涂绝缘漆的铁芯，虽然也存在涡流损耗(属于铁耗的一部分)，但比之前小了很多。因此，在变压器中，硅钢片越薄，其损耗就越小。

SS4改电力机车配装的TBQ8-4923/25型变压器为单相二柱式叠铁芯，硅钢片采用0.35 mm厚DQ151-35晶粒取向冷轧电工钢片叠装而成，芯柱截面为10级阶梯形。为降低铁芯引起的涡流损耗，片间也有非常薄的绝缘漆膜进行绝缘，同时因硅钢片处于磁场中的不同位置，为保证不同硅钢片间的悬浮电位不导致放电，保证硅钢片一点接地，接地点设置在上铁轭通过上夹件实现一点接地。

2　对变压器故障性质的预测和热点温度计算

通常变压器过热故障的产气特征分两种：(1)不涉及固体绝缘：只影响热源处变压器油的分解，此时产生的气体主要是低分子烃类气体，其中CH4、C2H4是特征气体，一般二者之和占总烃的80%以上。当故障点温度较低时，CH4占比大，热点温度升高至500度以上时，C2H4含量明显增加。H2含量也与温度有较大关系，高中温过热时H2含量占氢烃含量的30%左右，因为温度升高时烃类气体含量增速加快了，H2增加但比例降低了。但过热故障通常不会产生C2H2。低于500℃的过热C2H2含量不会超过总烃含量的2%，高于800℃的过热C2H2含量也不会超过总烃含量的6%。(2)涉及固体绝缘的过热故障：除产生低分子烃类气体外，还产生较多的CO2、CO。

计算该变压器2013年12月31日H2气体占氢烃气体的含量为11.1%，CH4气体占总烃气体的含量17.4%，C2H4气体占总烃气体的含量51.1%，C2H6气体占总烃气体的含量6%，C2H2气体占总烃气体的含量25.4%。C2H4、C2H2等烃类气体为主要成分，按C2H2的含量超标且占比较大，排除了单纯的热故障。计算三比值编码为122，判断为电弧放电。

因CO含量一直增长，按分析结果对变压器绕组绝缘和冷态电阻值进行检测，变压器原边绕组、次边绕组、平波电抗器绕组的绝缘正常，各绕组直流电阻值变化值不大于出厂值的2%，各绕组测量值(换算至75℃)也不超过设计值的±5%限度，故排除了绕组故障。但因CO含量的增加，判断为磁路故障引起的放电兼固体绝缘材料过热，原因可能为不良连接形成不同电位或悬浮电位造成的火花放电或电弧，木质绝缘块、绝缘构件胶合处，以及绕组垫块的沿面放电或悬浮的金属带附近火花放电。

根据变压器热点温度的经验计算公式，热点温度计算(按2013年12月31日的分析数据计算)：

T=322×lg(C2H4/C2H6)+525=322×lg(203/24)+525=823.6℃

热点温度超过了800℃。

3　故障原因的查找与分析

3.1变压器吊芯进行故障原因的查找与分析

因为变压器返厂解体工作量较大，2013年1月22日在机务段检修库内将主变压器器身吊出进行外观检查，没有发现不良连接以及绝缘放电现象，在检查铁芯紧固件的时候发现上铁轭的压钉紧固螺栓松动且压钉下部聚有少许黑色粉末，位置如图1所示。

图1　SS4 07044机车A节主变压器铁芯上铁轭的压钉紧固螺栓

从理论上分析，变压器正常运行时，充当电极的各绕组、引线与油箱间将产生不均匀的电场，铁芯、夹件等金属结构件处于该电场中，由于他们所处位置不同，当两点间电位差值能够击穿其间的绝缘时，便产生火花放电。这种放电可使油分解，长此下去会逐渐损坏变压器的固体绝缘导致事故发生。所以分析为紧固螺栓松动后，压钉等金属附近放电，引起了压钉下方树脂绝缘垫板产生少量CO，据此认为压钉松动是造成此次故障的主要原因。我段对松动的压钉进行紧固并清除了压钉下的黑色粉末。处理后重新安装变压器上车跟踪。

3.2变压器解体进行故障原因的查找与分析

2013年1月22日该主变压器油经过处理后，进行色谱分析，各项参数在范围内。2013年3月5日机车1-1次辅修时进行色谱分析时发现氢气、乙炔、总烃含量又一次超过了注意值，同时伴随CO、CO2的增长。于3月16日、3月25日、4月10日分别对变压器油进行了色谱分析，见表2。乙炔和总烃的含量持续增长，三比值编码为122，分析为电弧放电兼过热。

根据变压器热点温度的经验计算公式，热点温度计算(按2014年3月5日的分析数据计算)：

T=322×1g(C2H4/C2H6)+525=322×1g(111/11)+525=848.3℃

热点温度超过了800℃，与吊芯前计算的热点温度非常相近。因此判定上次吊芯找到的原因不是故障的根本原因。

2014年7月25日在大修厂对SS407044机车A节主变压器进行了解体检查，拆去铁芯夹件时，在拆解硅钢片检查的过程中发现，共有几十片硅钢片的绝缘漆膜局部脱落如，图2所示，有些在漆膜脱落处有蔓延放电现象。多的连续十几片，导致铁芯局部短路形成较大的涡流，造成铁芯局部过热导致变压器油产生大量的乙烯和甲烷，随着温度升高，乙烷和氢气增加，因为有绝缘漆膜材料的过热，气体成分中会伴有CO、CO2气体。

表2　SS4 07044机车A节主变压器于2014年1～4月间的色谱分析数据　μl/l

注：(1)1-1为机车第1次小修之后的第一次辅修。(2)各气体含量单位为μl/l。

该例故障的放电部位很明确，属于硅钢片绝缘漆膜局部脱落导致涡流损耗增大的电流异常过热故障。

4　改进建议

SS4型电力机车是中国第3代电力机车的领头产品。最早生产的SS4改机车变压器散热器风翅片的设计尺寸非常小，难于清洁维护。由于温度计不带温度联锁，变压器温度高时无法导致主断路器的跳断，而温度计设在机械间，本身的蜂鸣报警乘务员无法听到。该变压器的设计寿命为20年，目前运行时间已经超过20年，铁芯的绝缘漆膜一定会存在不同程度的老化，该故障无法在空载电流的测试中反映出来，即使出现色谱分析异常，变压器的吊芯检查也往往因铁芯的解体维修工作量大未进行，在机车大修时，变压器铁芯片解体检查尚未进行。

图2　SS4 07044机车A节主变压器铁芯硅钢片绝缘漆膜局部脱落图片

由此推测，解体SS407044机车A节变压器铁芯片时发现的问题应该不是个例，只是有些变压器的铁芯片问题仍在潜伏阶段，发展到一定阶段就会出现色谱数据异常，若超标情况不被注意，该问题发展下去会引起较大的铁芯涡流和过热，严重时会烧毁变压器，为运行安全埋下很大隐患。

SS407044机车变压器出厂时间已23年，大修时建议全面测量铁芯片绝缘，根据测量情况和入厂前的色谱分析，决定是否解体变压器器身对铁芯片进行检查。2014年8月大修厂对该变压器铁芯片进行了全部检查和漆膜的修复，2014年9月该变压器装在新疆乌鲁木齐机务段的机车上，跟踪结果正常。

[1]张有松，朱龙驹.韶山4型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，1988.

[2]王晓莺.变压器故障与监测[M].北京：机械工业出版社，2005.

Reason Analysis of Insulation Coating Falling off from SS4Electric Locomotive Main Transformer Core

LI Xia

(Luoyang Locomotive Depot, Zhengzhou Railway Bureau, Luoyang 471002 Henan, China)

According to abnormal data of main transformer oil chromatographic analysis of the SS4electric locomotive, through detailed investigation and analysis, it thought to be caused by insulating film falling off from transformer iron core silicon steel sheet. At last the author puts forward the corresponding improvement suggestions.

SS4electric locomotive; main transformer; core; cause analysis; suggestions for improvement

1008-7842 (2016) 01-0079-03

女，高级工程师(

2015-08-27)

U264.3+6

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.20