.-.關(guān)于HXD3B機(jī)車運(yùn)用中的故障原因分析摘要：本文通過對HXD3B機(jī)車主變壓器運(yùn)用中產(chǎn)生故障問題的質(zhì)量分析,查找影響主變壓器故障的原因,徹底消除既有機(jī)車存在的質(zhì)量隱患。關(guān)鍵詞：HXD3B機(jī)車主變壓器接地故障調(diào)查采取措施HXD3B機(jī)車是近兩年來連車公司生產(chǎn)的大功率貨運(yùn)機(jī)車,自投入批量生產(chǎn)以來,在天津、XX等機(jī)務(wù)段運(yùn)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)布赫繼電器頻繁動作,造成停車故障,為此要求連車公司進(jìn)行質(zhì)量問題調(diào)查,下面就該主變壓器的結(jié)構(gòu)及質(zhì)量問題調(diào)查的結(jié)果和采取的措施做具體的匯報(bào)：一、HXD3B機(jī)車主變壓器的結(jié)構(gòu)JQFP－11620/25型電力機(jī)車主變壓器采用下懸式安裝方式的一體化多繞組變壓器,內(nèi)裝一臺牽引變壓器和三臺諧振電抗器,冷卻方式為強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷。1.主變壓器的主要特點(diǎn)：1.1采用下懸式安裝方式的一體化變壓器,強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷方式。1.2變壓器采用心式臥放結(jié)構(gòu),A級絕緣,普通礦物油。1.3采用全分裂結(jié)構(gòu),滿足總體對主變繞組的電磁疏耦合要求。1.4繞組結(jié)構(gòu)采用層式,繞制工藝較為簡單。高壓繞組導(dǎo)線采用Nomex紙絕緣半硬線,具有耐熱等級高,機(jī)械強(qiáng)度大的特點(diǎn),牽引繞組導(dǎo)線采用自粘性換位導(dǎo)線,Nomex紙絕緣。1.5高阻抗繞組結(jié)構(gòu),使變壓器內(nèi)部空間漏磁場很強(qiáng),大量采用無磁結(jié)構(gòu)件,油箱內(nèi)部加磁屏蔽。1.6.變壓器內(nèi)部油路采用強(qiáng)迫導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。1.7為符合整車在-40℃1.8全鋁板翅式冷卻器,變壓器與冷卻裝置分開布置,油循環(huán)系統(tǒng)分為兩路。2.主變壓器的接線原理圖〔見圖1圖1主變壓器的接線原理圖圖1主變壓器的接線原理圖3.牽引變壓器結(jié)構(gòu)介紹3.1牽引變壓器器身結(jié)構(gòu)介紹牽引變壓器的器身是由鐵心、線圈以及上、下鐵軛絕緣組成〔見圖2、3。圖3主變壓器的器身圖2主變壓器的器身圖3主變壓器的器身圖2主變壓器的器身3.2牽引變壓器的鐵心牽引變壓器鐵心為拉螺桿心式結(jié)構(gòu),主要組成部分是硅鋼片、上夾件、下夾件、拉螺桿等。心柱采用多級近似圓形的截面,直徑Φ315㎜；鐵軛為矩形截面；為提高強(qiáng)度鐵心接縫采用直接縫。心柱硅鋼片沖孔,疊片時(shí)起定位作用,疊片整齊、工藝簡單。心柱兩端去級用不銹鋼板夾持,鐵軛用穿心螺桿使硅鋼片與夾件構(gòu)成一個(gè)整體。上、下夾件由不銹鋼板焊接而成。為提高剛度,腹板和肢板之間焊有加強(qiáng)筋,2個(gè)上夾件之間和2個(gè)下夾件之間用穿心螺桿緊固。為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫導(dǎo)向冷卻,下夾件除用作夾緊鐵心外,尚具有集油腔的功能。兩個(gè)下夾件通過聯(lián)接管路,使油壓均衡,同時(shí)提高了夾件的剛度,不易變形。冷卻油通過油管進(jìn)入夾件集油腔,然后再流向線圈各層。上下夾件依靠6根拉螺桿緊固器身。鐵心裝配見圖4。圖4牽引變壓器的鐵心圖4牽引變壓器的鐵心3.3牽引變壓器的線圈牽引變壓器有左、右柱2個(gè)線圈,每柱線圈各有3個(gè)牽引繞組以及和其相對應(yīng)的3個(gè)高壓繞組,牽引繞組在內(nèi),高壓繞組在外。為了滿足高阻抗的要求,線圈采用全分裂結(jié)構(gòu)。6個(gè)高壓繞組相互并聯(lián)；6個(gè)牽引繞組之間互不相連,相互退耦,盡量減小彼此影響,滿足整車對主變壓器牽引繞組之間為疏耦合的要求。變壓器線圈采用層式結(jié)構(gòu),繞制較為方便。高壓、牽引繞組導(dǎo)線外包絕緣均采用Nomex紙,提高變壓器使用壽命,增加線圈機(jī)械強(qiáng)度。變壓器諧波電流大,為降低繞組附加損耗,牽引繞組采用自粘性換位導(dǎo)線繞制,繞制工藝簡單。每個(gè)牽引繞組在單獨(dú)工作狀態(tài)下,阻抗電壓都在48%左右。3.4牽引變壓器的引線引線結(jié)構(gòu)采用歐洲電力機(jī)車主變壓器中廣泛使用的典型結(jié)構(gòu)〔如圖6所示。引線設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊,頂上出線,引線不用銅排,采用電纜出線,電流大的引線采用多根并聯(lián),可以隨意彎曲,占用空間少。引線電纜連接采用冷壓接工藝,操作簡單。圖5牽引變壓器的引線圖5牽引變壓器的引線變壓器內(nèi)部有2塊層壓木板作為托板,上面放置各出線端子的導(dǎo)電桿。出線端子的導(dǎo)電桿是由銅板和銅棒焊接而成,導(dǎo)電桿在層壓木板擺放位置靠其上的定位釘定位。由層壓木棒構(gòu)成的引線支架布置在相間位置,引線支架固定采用絕緣螺桿和方形絕緣螺母,擰緊后點(diǎn)上樂泰絕緣膠,防止松動。引線電纜在引線支架中整齊排布,再用熱縮帶將其與支架綁扎牢固,最后在對應(yīng)各自端子位置引向?qū)щ姉U。引線電纜固定好后,接線端子和導(dǎo)電桿安裝牢固,再安裝下瓷件和密封圈,接著落箱蓋,調(diào)整固定后再安裝密封圈和上瓷件,最后按力矩要求擰緊上端的緊固螺母,完成引線裝配。2.6油箱及油管路油箱采用耐候鋼板Q-345E焊接結(jié)構(gòu)。4個(gè)安裝座各用4個(gè)M24螺栓把變壓器與車體底架連接起來,吊掛式安裝要求絕對安全。外部采用槽鋼作加強(qiáng)筋,構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。安裝座位置焊有補(bǔ)強(qiáng)板及加強(qiáng)筋。油箱內(nèi)壁焊接磁屏蔽。在油箱下部裝有放油塞,油樣活門,注油用活門。油箱見圖6。圖6牽引變壓器的油箱圖6牽引變壓器的油箱變壓器有兩個(gè)油路,分別設(shè)有PT100溫度傳感器,檢測兩個(gè)變壓器油循環(huán)支路的出口油溫。端部為進(jìn)油區(qū),中部為出油區(qū)。兩個(gè)進(jìn)油區(qū)有管路連接,保持兩端油壓平衡。上部熱油在中間被潛油泵抽出,經(jīng)蝶閥,油流繼電器,被強(qiáng)迫風(fēng)冷卻后經(jīng)油管和蝶閥由油箱兩端進(jìn)入油箱集油腔,再通過夾件集油腔進(jìn)入器身下壓板環(huán)形油腔、下鐵軛絕緣緩沖分流后進(jìn)入線圈,在線圈層間流動,由線圈上鐵軛絕緣處流出。電抗器安裝板上開有出油孔,按功率損耗比例將冷卻油流分流出一部分供電抗器冷卻,油箱集油腔引出2根細(xì)管至油箱頂部,使熱油充分參與整個(gè)變壓器的油循環(huán)〔見圖7、8、9。圖7牽引變壓器圖7牽引變壓器圖8牽引變壓器圖8牽引變壓器下鐵軛絕緣圖9牽引變壓器油循環(huán)示意圖圖9牽引變壓器油循環(huán)示意圖以上為HXD3B機(jī)車主變壓器線圈、鐵心、引線、油循環(huán)的特點(diǎn)。二、牽引變壓器在段運(yùn)用故障及原因分析HXD3B機(jī)車牽引變壓器在段運(yùn)用以來,經(jīng)常出現(xiàn)布赫繼電器頻繁動作,布赫繼電器是用來監(jiān)測變壓器內(nèi)部氣體含量和氣體流速的,它分為兩級,當(dāng)氣體體積達(dá)到250~300ml時(shí)報(bào)警,為一級保護(hù),當(dāng)氣體流速達(dá)到1m/s時(shí)跳主斷,為二級保護(hù)。3B機(jī)車主變壓器故障經(jīng)拆檢分析分為3種情況,以下介紹故障原因及采取措施：1.變壓器夾件與箱體固定座虛接變壓器箱體有4個(gè)固定座,與變壓器夾件相連,既起到固定作用,又起接地作用。變壓器內(nèi)部漏磁場在變壓器器身的夾件產(chǎn)生懸浮電位,而夾件和箱底由于焊接產(chǎn)生變形,如接地不可靠,造成安裝時(shí)兩者接觸面恰好為放電間隙時(shí)而產(chǎn)生的放電,使油裂解氣化產(chǎn)生氣體,使布赫繼電器動作,這是變壓器內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)間的放電。連車公司解決措施是從201臺開始在靠近箱體底側(cè)的上下夾件兩端開設(shè)螺紋孔,在油箱內(nèi)壁與之對應(yīng)的附近位置各增加一個(gè)接地座,共4個(gè),用35mm2接地線將夾件和油箱箱壁連接,保障夾件的可靠接地〔如圖10、11。對于200號以前的機(jī)車,在兩年檢時(shí)進(jìn)行接地改造,若在段出現(xiàn)氣體含量超標(biāo),進(jìn)行返廠改造。圖10在夾圖10在夾件筋板加裝接地線線圖11在箱體上焊接接地座2.引線固定后與箱蓋電氣間隙過近在蘇家屯機(jī)務(wù)段出現(xiàn)兩臺主變壓器A1~A5繞組引出線的匯接端子處絕緣破損,箱蓋與其對應(yīng)位置發(fā)生放電熔蝕?，F(xiàn)場測量引線放電處的電氣距離為34mm,比安全距離要求的38mm略小,這是造成高壓引線放電的直接原因?！簿唧w見圖12、13圖13變壓器箱蓋放電處圖12引線端子放電處圖13變壓器箱蓋放電處圖12引線端子放電處高壓引線距箱蓋電氣距離的設(shè)計(jì)值為44mm,設(shè)計(jì)距離是滿足安全距離要求的。造成實(shí)際電氣距離小的原因如下：1、引線的匯接端子冷壓后產(chǎn)生棱邊,端子冷壓形成的凹面應(yīng)與箱蓋保持水平放置,而故障點(diǎn)的匯接端子與箱蓋垂直,端子棱邊與箱蓋間形成尖角放電；2、由于箱蓋的焊接變形,造成箱蓋中間部位下凹,也造成了高壓引線和箱蓋的電氣間隙減小。這種問題共計(jì)出現(xiàn)兩臺,屬于個(gè)例問題,為避免以后發(fā)生該類事故。改進(jìn)走線方式,去掉走線托架,將引線走到托板下面,完全可以避免該處產(chǎn)生放電故障。3.鐵心夾板導(dǎo)磁HXD3B第0130號和第0192號機(jī)車主變壓器在段反饋布赫繼電器頻繁動作,進(jìn)行返廠檢查,吊出線圈后,發(fā)現(xiàn)鐵芯柱的4塊不銹鋼夾板局部表面發(fā)黑,夾板與鐵芯柱間的絕緣紙板以及夾板與絕緣筒間的木撐板1/3表面黑糊。從上述現(xiàn)象可以初步判斷,由于鐵芯不銹鋼夾板低溫過熱,使鐵芯柱填充的紙板和木撐板絕緣老化,產(chǎn)生大量氣體,因而造成布赫繼電器頻繁動作保護(hù)。通常導(dǎo)磁金屬在磁場作用下,會在本體中產(chǎn)生渦流,大小與其自身的導(dǎo)磁率有關(guān),導(dǎo)磁率高的金屬會產(chǎn)生高的懸浮電位,進(jìn)而產(chǎn)生較大的渦流,渦流損耗使自身發(fā)熱。而鐵芯夾板位于變壓器的鐵芯和線圈之間,此處的漏磁場較強(qiáng),設(shè)計(jì)時(shí)夾板選用無磁性鋼材料,避免夾板因漏磁產(chǎn)生的渦流過熱。鐵芯夾板采用的材質(zhì)為0Cr18Ni9,按照GB/T20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學(xué)成分》中規(guī)定該材質(zhì)為奧氏體型不銹鋼,無磁性。對目前使用的夾板采樣送理化中心進(jìn)行材質(zhì)分析,材料的化學(xué)成分滿足國標(biāo)要求,但鐵素體含量為10%~15%。如果不銹鋼中鐵素體含量較高時(shí),就會具有磁性。因此可以判斷故障的根本原因是鐵心夾板使用的材料鐵素體含量偏高,具有導(dǎo)磁性,在變壓器漏磁場作用下產(chǎn)生低溫過熱,進(jìn)而造成鐵芯紙板絕緣老化。采