摘要：对SS4改型电力机车高压电压互感器内部放电的故障现象进行了分析，找出了故障所在，并结合相关事故的特点，指出了避免此故障的改进意见。
关键词：SS4改型电力机车；高压电压互感器；放电故障；原因分析；改进建议
引言：
结合现场实际解体测量，分析原因，对电压互感器套管制造厂和电压互感器中修厂提出改进建议，同时更换所有存在故障隐患的高压电压互感器，避免放电故障的扩大发展。
1概述
SS4改型电力机车是在SS4，SS5和SS6型电力机车的基础上，吸收8K机车一些先进技术设计而成的。SS4改型电力机车由各自独立又互相联系的2节车A和B组成，每节车均为一完整的系统。车顶安装2台油浸式高压电压互感器，用于测量机车电网电压，并作为机车电度表的电压线圈电源，一次额定电压U1n和二次额定电压U2n之比为25000/100，电压比值的误差为±0.5%。韶山系列机车的高压电压互感器一直采用同一型号，多年来该型高压电压互感器结构一直没有大改动，只有绝缘套管由瓷套管变为新型硅橡胶套管。运用中除偶尔出现漏油问题和极少数绕组烧损，未出现批量故障，质量稳定。2017年8—9月，包西机务段配属的SS4改型电力机车TBY1-25型高压电压互感器辅修时，陆续发现4台机车共6台高压电压互感器的油样气相色谱分析结果超标。其位置分别为SS4-7172机车A节、SS4-7172机车B节、SS4-1003机车A节、SS4-7171机车A节、SS4-7171机车B节、SS4-7154机车B节，均为新型硅橡胶套管的高压电压互感器。通过气相色谱数据分析，计算得出三比值编码为122，结论为不同程度的电弧放电兼过热。
2故障调查和处理
2.1故障高压电压互感器检查和常规试验情况
2017年9月，包西机务段将2台高压电压互感器返回进行解体检查。现场对该高压电压互感器进行性能检测，直流电阻和绝缘电阻值检测结果均符合要求。为进一步查找故障点，将高压电压互感器放油开箱检查，未发现异常。为验证故障现象，将该高压电压互感器组装后进行空载试验，试验后取油样化验，与之前的化验结果进行对比。气相色谱分析报告显示，气体含量较试验前数据相差不大，无法明确判断出故障点。初步分析故障原因后，决定对高压电压互感器绕组及套管逐项检查。将高压电压互感器线圈吊出检查，对高压电压互感器进行解体。经过拆解，重点检查铁心外观状态、线圈接头部位状态、原边高压绕组、次边低压绕组及屏蔽层，外观检查各线圈和接头，外观良好，颜色正常，未发现异常情况。
2.2套管局部放电性能试验
为检查故障点，将故障硅橡胶绝缘套管与1个合格高压电压互感器组装，换上新变压器油进行通电试验，取试验前后油样对比。换用老式瓷瓶绝缘套管与正常高压电压互感器组装，换上新变压器油，进行相同时间的通电试验，取试验前后油样对比。试验结果可以看出，通电试验后变压器油中特征气体含量明显上升，显示内部放电，初步判断高压电压互感器套管存在故障。从表2的试验结果可以看出，瓷瓶套管通电试验后变压器油中未产生放电气体乙炔，对照表1试验结果，说明硅橡胶绝缘套管存在故障。
2.3故障套管切开检查
为找到故障点，将硅橡胶套管切开检查。切除套管外部硅橡胶伞群，在顶部法兰与铝套管接触位置上侧约2cm位置切开，并将铝套管与顶部法兰完整分离。检查接触位置，发现法兰内槽和套管顶部有明显烧黑现象，且已积聚一定量的积碳。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆可以判断，由于该套管顶部法兰与铝套管接触位置断开或接触不良，形成较大电位差，产生较大的局部放电量，将其区域内的油电离，产生较大的热量，成高压电压互感器油内产生较多乙炔气体。
3故障原因分析
3.1电容式硅橡胶套管结构
安装在SS4改机车上的高压电压互感器的套管芯体采用电容式绝缘层设计。采用电容式结构是为了在有限的绝缘厚度条件下，起到均匀分布接地法兰与高压端电场的作用，从而实现绝缘性能的最大化。电容式芯体主要由端部法兰、高压屏（铝套）、电容式绝缘层、安装法兰和接地引线等组成。整个芯体在制造缠绕过程中，使用4层碳纤维材料分次间隔缠绕在整个绝缘层中，形成环状电容屏成型加工后，端部法兰开槽与铝套连接，最外层电容屏经接地引线与安装法兰连接。芯体在专用模具内，经注射硅橡胶高温硫化后，变成可安装在电压高压电压互感器上户外使用的套管。分析该套管的结构可发现，该电容式套管的铝质套管与端部法兰的连接方式为插入式，且靠制造过程中法兰与套管的压紧方式连接，顶部法兰靠与电容层的螺纹连接进行紧固，接触位置仅为顶部连接。
3.2套管端部法兰与铝套断开原因
该连接处设计时，铝套与法兰接触部分只考虑顶部压紧接触。在硅橡胶套管进行硅橡胶的硫化过程中，该接触部分可能在硫化过程中由于温度和受力的变化，电容层发生疲软，导致对顶部法兰的紧固作用消失，顶部法兰与铝套连接变得不牢固。加之铝套及顶部法兰加工过程中可能存在表面不平整的现象，会导致原本接触的部分出现虚接或分离，造成端部法兰与铝套接触电阻变大或脱开。
3.3法兰与铝套断开后对套管影响分析
当法兰与铝套接触存在虚接或断开的情况后，高压电压互感器通电后套管的电场环境就会发生变化。若接触电阻较小，当均衡电场电流I（根据设计电容算出均衡电场电流0.003A）流经接触电阻时，消耗的能量及发热很小，不会对压器油产生不良影响。以接触电阻为1Ω为例，其消耗功率P=I2R=9μW，可以忽略不计。当接触电阻为千欧级或兆欧级时，0.003A的均衡电场电流I流经接触电阻时，消耗的能量及发热将会以9×103μW或9×106μW数量级增长，发热量会急剧升高。局部发热的位置温度迅速升高，高温会破坏变压器油内的C-C键和C-H键，使其断裂。不同故障类型中，变压器油会产生不同气体。当接触电阻为开路时，端部法兰与铝套间将变成一个很小的电容与绝缘体电容串联，由于均衡电场电流I存在，将承受过大的分压，直至该间隙被高电压击穿，在变压器油中形成微放电点，放电产生的较高热量直接导致乙炔等气体产生。
4改进建议
目前包西机务段已经把所有故障互感器套管下车返修处理，截至2018年10月未再出现故障。建议制造厂加强检查。套管生产厂家在生产过程中对后续套管的伞套硫化加工可能出现的情况估计不足，未考虑到该接触部分可能在硫化过程中温度和受力的变化，未在套管出厂环节制定复查接触电阻的要求，导致故障套管出厂。因此，应改进工艺过程控制。建议中修时空载试验前后做色谱分析，发现问题及早处理，把隐患消灭在修程内。大修时变压器及互感器的空载试验前后色谱分析数据对比是对变压器内部是否存在放电的有效监测，目的是把潜伏性故障消灭在运用前。
5结束语
综上所述，处理SS4改型电力机车高压电压互感器内部放电故障现象时，应该建议制造厂加强检查，改进工艺过程控制。建议中修时空载试验前后做色谱分析，发现问题及早处理，把隐患消灭在修程内。
参考文献：
[1]王永强.SS_4改型电力机车高压电压互感器内部放电原因分析及改进建议[J].铁道技术监督，2019，47（03）：37-39+45.
[2]张友松，朱龙驹．韶山4型电力机车［M］．北京：中国铁道出版社，1998．
论文作者:师龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/11
标签：电压互感器论文; 套管论文; 高压论文; 法兰论文; 故障论文; 电力机车论文; 硅橡胶论文; 《基层建设》2019年第16期论文;