hxd机车高压电压互感器故障分析及其改进_防范毕业论文(编辑修改稿)

hxd机车高压电压互感器故障分析及其改进_防范毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

................................................ 33 致谢 .............................................................................................................................. 34 参考文献 ...................................................................................................................... 35 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页 第 1 章 绪论 课题研究背景 电压互感器和变压器是用来变换线路上的电压的输变电设备，它们在电力设备中具有非常重要的地位。 但是变压器 是用来传送电能的 ， 所以一般情况下 容量很大。 而电压互感器 是 变换电压 的 ， 所以 容量很小。 它主要用于测量线路的电压，电流以计算输电线路输送的功率和电能，或者在线路上的贵重设备、电机和变压器等发生故障时起到保护作用。 电力系统中说的过电压一般是指外部过电压和内部过电压。 雷击中输电线路或者运行设备，雷击产生的高电压就会进入电力系统形成外部过电压；而在电力系统中对断路器的错误操作或者断路器发生故障都会将电网 内部的电磁能量转化为过电压并传递到电力系统中形成内部过电压。 内部过电压特点是时间长、频率高、频谱宽，而外部过电压相较内部过电压则有幅值较高、波头较陡等特点。 近些年由于大力发展电力机车，机车功率的增大机车种类的增多，电网中产生多种谐波时刻影响机车的正常运行。 机车再生制动工况时动能转化成电能返还电网。 而产生了多种谐波，从而也影响到了电网环境，高次谐波对于机车有很大危害。 目前国内引进 HXD型机车后，高压互感器频繁出现故障。 然而出现故障的高压互感器不单单是 HXD型机车，韶山系列机车也出现了累似故障。 由于谐波的产生 严重影响了高压互感器的使用情况，所以采取了滤波的方法来治理此类故障。 目前国内 HXD型机车主要采用加装滤波器的方式防范产生过电压，同时采用气体放电管、压敏电阻等器件对电压互感器进行保护。 为了避免由于 2 次滤波器参数和位置的选取不当引发的事故，必须对滤波器进行优化，使其与被保护对象更好的配合。 使滤波器能够结合被保护对象，观察研究其电磁暂态有利于优化滤波器的安装位置和相关技术指标。 在实际的电力系统中过电压的波形难以收集导致在故障诊断时数据缺少而难以判断故障发生的原因，所以对系统中过电压波形的采集分析十分重要，它 是处理事故的重要依据。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 国内外技术发展现状 现代设计是将可靠性设计、有限元分析、和优化设计这三类相对成熟的技术进行交叉应用和有机结合后发展出来的独特的设计方案，它较传统的设计方案更为经济合理。 电压互感器有一套非常成熟的理论研究，它的原理也相对简单，通过国内外科技文献报道和用户的反馈信息可以预见电压互感器会往小型化发展。 互感器的小型化可以在节约材料和空间的同时取得最大的经济效益，使用也会更为方便。 另外根据电压互感器的用途、使用场合以及更新换代速度来对电压互感器的使用寿命进行设计也是至关重要的，合适设 计互感器的使用寿命有利于节约材料和成本。 本文研究思路 （ 1） 本文利用已知的互感器相关参数结合互感器在实际应用中产生的故障，对故障产生的原因进行分析，从而找到故障发生的根本原因并由此提出合理的改进和防范措施。 （ 2） 分析机车运行时电网中谐波的情况和谐波产生的原因，主要研究再生制动工况下谐波的情况并通过相关计算方法计算出谐波电压、电流之间的关系，并分析具体的某次谐波对电压互感器造成的影响，从而提出可靠的方法。 （ 3） 统计和分析电压互感器的各项数据并计算出各个量的正常范围，从数值的异常来推导出可能存在的故障，提出相应解决办 法从而防范于未然。 第 3 页 第 2 章电压互感器以及常见故障 TBY125型电压互感器结构为油浸式，互感器采用了绝缘性能良好的线圈，绕组一端与高电压相连，另一端接地，是电力机车的专用电压互感器，具有良好的耐震性。 参数 型号 : TBY125 输入电压： 25000V/50Hz 输出电压 : 100V/50Hz 准确级次 : 级 二次额定输出 : 20VA 功率因数： 结构 TBY125 型高压电压互感器主要由线圈组、铁心、油箱等部分组成 ,它的外形图如图 21所示： 图 21 外形图 互感器的线圈和铁心组装在一起后经过干燥处理并装入油箱，线圈在油箱内卧式放置在 45 号变压油中。 互感器的高压一次侧由磁套引出 ,低压二次侧则由线圈抽头 a x1 及高压一次线圈的 X端子、接地屏出线端子经 套管引出。 第 4 页 为了避免由于悬浮电位造成的放电现象，电压互感器的油箱外部经过接地螺栓可靠接地。 箱盖上有油位表 ,并用红色油漆在显著位置标明温 度下油位，箱体上有注油装置 ,箱盖上有补油装置。 为保证油箱内气压与外界大气压强相等在互感器内部装设了一个呼吸器联通内外大气，并在呼吸器内部装载硅胶以保持因环境温度及油温变化时呼入或排出空气的干燥。 为防止互感器因为内部短路或其它原因引起的爆炸，在箱盖上装设一个开压力为 (35177。 5)kPa、关闭压力为 19kPa 的压力释放阀。 如图 22所示为电压互感器的结构简图： 图 22 结构图 油位计 压力平衡阀 油样观察口 初级低压引出套管和次级引出套管 紧固螺栓 油箱 干燥管 高压引入套管 箱盖 原理 可以把高压电压 互感器看作是一种只对电压进行变换的变压器，它利用电磁感应的原理把一次测的高电压变换为标准测量电压。 如图 23 所示为互感器的原理 接线图： 第 5 页 a1 x1AX 图 23 接线图 常见故障分析 对不同车型的电压互感器的故障情况进行分析，了解故障发生的原因并提出相应的改进措施以提高机车运行的稳定性和安全性。 常见的电压互感器故障有以下几点： (1)HXD 机车采用的高压电压互感器的工作原理与普通电压互感器相同，都是根据互感器线圈原边和副边的匝数比来确定两边电压的比值，但由于互感器的材料、结构、容量和误差范围不同而分别承担了不同的任务，为机车的稳定运行提供了条件。 高压电压互感器的主要任务是检测机车的网压数据，如果高压电压互感器的一次侧线圈出现绝缘破损、匝间短 路或者击穿、部分线圈的短路都会导致互感器原边的匝数变少，从而导致原边和副边比例减小而增大副边电压，高压互感器测出的网压就是高于网压的实际值。 在机车持续运行时，机车 CCU 和 TCU 所记录的网压数据高于实际值表征为连续的网压异常和超高，如果没有及时维护检修而持续运行会严重烧毁电压互感器甚至导致互感器的爆炸。 （ 2）高压互感器外部连接螺栓、绝缘包扎和变压器油都处于正常状态时，但互感器散发出的刺鼻异味和线圈温度的异常则可能是因为线圈内部局部出现匝间击穿。 如果机车在这时候升弓， 25KV的高压通过故障的互感器会导致 线圈温度急速上升，变压器油在高温下气化急剧膨胀从互感器下部喷出，电压互感器冒烟故障，而不能正常工作，机车也会因为不能接受网压而无法正常工作。 高压电压互感器的绕组匝间短路或接地会导致机车跳主断、网压无法显示，同时导致接触网跳闸，这时司机会降下受电弓继续维持列车运行，进站停车。 如果没有及时确认故障的原因而贸然升弓让列车运行会引发一系列事故，互感器的 第 6 页 一次侧绕组被烧损，如果二次侧绕组正常，那么这时一次侧绕组是接地的，盲目升弓会使接触网直接接地，接地电流烧断接触网，接触网断电。 （ 3）互感器的二次侧引出线断线 会导致网压信号不能输入车内，从而使机车微机柜中没有机车移相同步变压器的同步信号输入而导致微机柜封锁脉冲，使机车出现无流无压的情况。 机车网压表无接触网电压显示，机车不能正常运行。 常见故障防范措施 在机车大修时，厂家对高压互感器进行更换。 高压互感器不能当作一般电器处理，按照变压器的标准要求对高压互感器进行评测。 提高材料等级，即 原设计的 E级绝缘提升为 200级，线圈电磁线外包绝缘级采用 200级，层间绝缘为 200级及环氧树脂使用耐热性好、机械强度高、绝缘性能好等的产品，通过材料改进达到整体绝缘强度和 机械性能提高的目的。 加强高压电压互感器管理工作，严格按照规范对高压互感器按时进行检修，进行色谱分析，油样采集。 对出现故障的机车严格进行严格监控，残次的高压互感器严禁上车。 本章小结 本章是对 HXD型电力机车常用的一种互感器进行一些介绍， TBY125型高压电压互感器。 也对这种电压互感器所经常出现的故障进行了总结和分析。 也对这些常出现的故障提出了一些防范措施。 和谐型机车在全国范围内大面积推广使用的大趋势下，电压互感器技术的改进对于和谐型机车在全国各地的路况中使用尤为重要。 如果没有及时维护检修而持续 运行会严重烧毁电压互感器甚至导致互感器的爆炸。 所以保障高压互感器的正常运作对于机车顺利的完成运行任务非常重要。 机车的大修中可以对高压互感器进行更换。 高规格的对互感器进行评测。 许多机车研发单位也对新出厂的高压互感器提升了绝缘等级。 加强高压电压互感器管理工作，严格按照规范对高压互感器按时进行检修，进行色谱分析，油样采集。 对出现故障的机车严格进行严格监控，残次的高压互感器严禁上车。 第 7 页 第 3 章 机车运行时 谐波 测试 随着 HXD机车 的运用。 电压互感器 频繁出现故障， 不单单 是 HXD 类型 机车 的电压互感器出现故障。 韶山 机车也 会出现很多故障。 经过测试 这些故障的产生原因都与机车运行而产生的谐波有重要关联。 本章 从一些 测试现场数据来分析高次谐波对于 电压 互感器的 影响。 谐波测试数据结论 监测、采集 HXd3 交流传动电力机车运行区间时的接触电网电压、电流波形及实时动态谐波数据，分析由 HXd3 交流传动电力机车产生的高次谐波对运行在该区间直流电力机车的影响（目前主要表现为牵引绕组过电压吸收 RC 支路电流增大，发热严重），对数据进行处理及谐波量化指标分析，找出谐波影响的关键因素点（频率点、机车状态点、区域点），为采取有效的谐波抑制、治理措施及制定合理的解决方案提供基础数据依据。 表 31 测试情况表 区段 时间 机车状态 RC 电流（有效值）及电压谐波情况 备注 AB 11:58:3712:18:37 SS497 、HXD30175 、HXD30634 空载停车。 12:15:52 SS497 开始牵引； 12:16:09 HXD30634 开始牵引，时速 0→24km。 电流最大值:2:43，电流最小值:7:58。 电压谐波 7 次表现突出，幅值为 3 到 4，其次 1 1 2 35次。 宝鸡东站， 有 SS、 HX 机车 BC 12:18:3712:20:49 HXD30175 空载。 SS497 、HXD30634 加载牵引，时速升高达 39km。 电流值变化较大，最大达到:19:4。 电压谐波 35 次表现突出，幅值为 3 到 4。 其次 1 1 2 231。 宝鸡东站 —宝鸡站 CD 12:20:4912:22:19 SS497 、HXD30634 牵引 电流值约为。 电压谐波较 BC段基本降低， 进宝鸡站 第 8 页 →空载（ 12:21:02），HXD30175 空载。 时速 39→ 28km。 1 19 次略 升高。 DE 12:22:1912:24:37 SS497 、HXD30175 、HXD30634 空载停车。 12:23:14 SS497 开始牵引。 电流最大值:23:16，最小值:24:22。 电压谐波 11 1 2 23 次幅值表现突出。 停宝鸡站， EF 12:24:3712:34:01 SS497 、HXD30175 、HXD30634 空载。 电流最大值:32:13，最小值:25:10。 电压谐波 11 2 25 次表现突出，幅值 到 3。 停宝鸡站 FG 12:34:0112:36:13 SS497 牵引，HXD30175 、HXD30634 空载。 时速 0→ 42km。 电流最大值:34:52。 电压。