劉暢
摘要:文章介紹CRH5型車牽引變壓器T型連接器檢修工藝技術(shù),分析T型連接器燒損原因,提出T型連接器燒損原因及解決方案,通過研究T型連接器安裝工藝方法,預(yù)防T型連接器在運行過程中發(fā)生T型連接器炸裂現(xiàn)象,保證車輛行車安全。
關(guān)鍵詞:CRH5;牽引變壓器;T型連接器;檢修工藝;高速動車組 文獻標(biāo)識碼:A
中圖分類號:U266 文章編號:1009-2374(2016)33-0095-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.047
1 概述
CHR5型動車組使用交直交的傳動方法,主要由五部分組成,即25kV受電弓、25kV主短路器、牽引變壓器、牽引電機、牽引變流器。25kV高壓交流電從電網(wǎng)導(dǎo)入25kV受電弓,25kV受電弓通過25kV高壓線纜將高壓交流電導(dǎo)入牽引變壓器,使電壓降變成1770V,電壓降變后,再經(jīng)過牽引輔助變流器,將電壓和頻率逆變成可被人們控制的三相交流電,此三相交流電通過牽引電機牽引高速動車組。而T型連接器連接25kV高壓線纜和牽引變壓器,是高壓電流傳輸?shù)闹匾?jié)點。自2011年以來,CRH5型動車組在運營過程中發(fā)生了3起牽引變壓器T型連接器燒損故障,導(dǎo)致CRH5型動車組的牽引力和制動力無法正常發(fā)揮,牽引系統(tǒng)丟失,制動系統(tǒng)只能用人工限速,存在側(cè)翻危險,不能保證行車安全,嚴(yán)重影響了運營秩序。
2 T型連接器結(jié)構(gòu)簡介
T型連接器由8部分組成:(1)T型連接器靴套:用來防止高壓電外漏裝置;(2)T型連接器內(nèi)屏蔽:屏蔽電磁場影響;(3)T型連接器銅連接:固定T型連接器與牽引變壓器;(4)T型連接器應(yīng)力堆:用來防止高壓電外漏裝置;(5)T型連接器接地點:倒地電流;(6)雙頭安裝螺栓:固定后堵頭;(7)后堵頭:固定T型連接器;(8)后蓋:保護后堵頭和T型連接器。
3 T型連接器燒損故障原因分析
3.1 機械原因
可能存在安裝高壓套管工藝方案不當(dāng),高壓套管為T型連接器與牽引變壓器的安裝部位。由于安裝高壓套管緊固件為環(huán)形,此工藝方案可能引起機械應(yīng)力不均勻分布,使高壓套管表面變形,造成安裝T型套后有空氣間隙,使端子膨脹。
3.2 電氣原因
從熱量、電流、電阻和時間上來看,參考了熱熔和質(zhì)量,可以看到溫度的變化對相關(guān)參數(shù)的影響。由于金屬端子與高壓套管材質(zhì)不同,而不同材質(zhì)的熱熔和質(zhì)量一般不同,由調(diào)查可以看出在發(fā)出相同熱量時是有很多不同的,在初始溫度相同的情況下,升溫后金屬端子和高壓套管的溫度不同,導(dǎo)致金屬端子和高壓套管膨脹快慢不同,可能導(dǎo)致T型連接器膨脹,空氣滲入,最終導(dǎo)致T型連接器燒損。
3.3 電應(yīng)力的原因
高壓電纜中電流產(chǎn)生的磁場恰好能通過T型連接器。由左手定則可知,T型連接器會產(chǎn)生一個安培力。在車剛開始供25kV高壓電并且車開始運動,就會產(chǎn)生一個不小的力使T型連接器震動,可能導(dǎo)致T型連接器膨脹,空氣滲入,最終導(dǎo)致T型連接器燒損。
3.4 涂抹硅脂不均勻產(chǎn)生氣隙、油隙
由于T型連接器在安裝到高壓套筒后,T型連接器內(nèi)部密封,這就要求高壓套筒、T型連接器內(nèi)部及高壓電纜涂抹硅脂時均勻。目前,工藝操作者在對高壓套筒、T型連接器及高壓電纜涂抹硅脂時有不均勻現(xiàn)象,在T型頭靴套安裝后,T型連接器與高壓套筒、高壓電纜間可能會有氣隙、油隙。
當(dāng)T型連接器與高壓套筒、高壓電纜間存在氣隙、油隙時,通入25kV高電壓時,在絕緣的氣隙就會產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象,這就說明在絕緣硅脂內(nèi)部存在局部性放電現(xiàn)象,當(dāng)CHR5型動車運行一段時間后,局部放電達(dá)到某種程度時,就可能導(dǎo)致對絕緣硅脂的擊穿,導(dǎo)致T型連接器燒損。
現(xiàn)在分析當(dāng)絕緣硅脂中含有一個氣隙時,絕緣硅脂是如何放電的。如圖1所示:
圖中c表示在絕緣硅脂中的氣隙,b表示的是絕緣硅脂,a是除了b之外連接部位的介質(zhì)。(a)絕緣硅脂中的氣隙,(b)等效的放電電路。
其中:δ為氣隙整體厚度,d為絕緣硅脂和氣隙的整體厚度,Ca、Ra為其外部分介質(zhì)的電容和電阻,Cb、Rb為與氣隙串聯(lián)部分絕緣硅脂的電容和電阻,Cc、Rc為氣隙的電容和電阻。
從T型連接器結(jié)構(gòu)來看,絕緣硅脂和氣隙是在近似平行電極中,目前氣隙和絕緣硅脂中的放電過程是在高壓交流電場作用下進行的,所以可以用等效電路圖(b)來進行分析。絕緣硅脂中的氣隙是與電場方向相垂直,氣隙形狀是扁平狀,根據(jù)電流連續(xù)性原理得出T型連接器的絕緣硅脂和氣隙與絕緣硅脂和氣隙的等效電導(dǎo)的特性。
在電場中,如果兩者的電阻均小于10-11(Ω·m)-1,那么絕緣硅脂b和氣隙c的電壓的數(shù)值之間的關(guān)系,分別為絕緣硅脂b和氣隙c的相對介電常數(shù),絕緣硅脂b和氣隙c的電場強度的相互關(guān)系如下:
第一,氣隙在交流高壓電時放電,在電場中氣隙中的電場強度Ec與絕緣硅脂中電場強度Eb之比為。在通常外部環(huán)境下,而絕緣硅脂的相對介電常數(shù)大于1,說明在氣隙中的電場強度比絕緣硅脂中的電場強度高很多。
第二,空氣的擊穿場強在通常情況下都比絕緣硅脂的擊穿場強值低,所以在較高電壓時,氣隙被電流擊穿,而在T型連接器內(nèi)部的絕緣硅脂仍然保持其絕緣特性,擊穿性通道并沒有在電極之間形成。但當(dāng)電壓達(dá)到25kV時,絕緣硅脂介質(zhì)會被擊穿,擊穿性通道在絕緣硅脂及氣隙中形成。
第三,與T型連接器相連接的電纜為油紙電纜,由于在制造工藝中使用了真空干燥浸漬等方法,可以使電纜中含有氣隙的可能性幾乎為零,但充滿絕緣油的間隙卻不能避免地存在,固體介質(zhì)的介電常數(shù)比油本身的介電常數(shù)通常大,而擊穿場強又比油本身的介電常數(shù)要高,所以局部放電也會發(fā)生在油隙中,當(dāng)電壓達(dá)到25kV時,油隙介質(zhì)同樣會被擊穿。
第四,如果在T型連接器中不含有氣隙或油隙,但在T型連接器中電場分布極不均勻的條件下,加上25kV的高壓電場,局部放電現(xiàn)象就極為可能產(chǎn)生。例如T型連接器表面及電纜表面上的毛刺或有其他雜質(zhì)、異物如金屬屑,那么附近的電場強度要比T型連接器中其他部位的電場強度高得多。當(dāng)電壓達(dá)到25kV時,此處局部放電強度達(dá)到絕緣硅脂本身的擊穿場強值,擊穿性通道在絕緣硅脂就會形成。
總之,如果T型連接器中存在的空氣及油隙,就會造成T型連接器內(nèi)部電場分布不均勻,加上25kV的高壓電場,使局部電場強度過高,最終導(dǎo)致的絕緣硅脂中局部范圍內(nèi)的電流放電或電流擊穿。T型連接器中的局部放電也是引起T型連接器靴套和T型連接器應(yīng)力堆老化的重要原因之一。假如T型連接器是在正常運行電壓下,其絕緣硅脂中就已經(jīng)出現(xiàn)局部放電的現(xiàn)象,這意味著絕緣硅脂內(nèi)部本身存在個別缺陷,而且這種過程必然會在高速動車組運行期間持續(xù)發(fā)展,達(dá)到一定程度或某一臨界值時,就會導(dǎo)致絕緣硅脂的擊穿或損壞,所以測定T型連接器在不同電壓下的局部放電臨界值的界定與不同發(fā)展趨勢,就可以判斷T型連接器靴套和T型連接器應(yīng)力堆內(nèi)是否存在個別缺陷,并且能夠測量絕緣硅脂老化的速度和各種情況的狀態(tài)。因而T型連接器和牽引系統(tǒng)運行部門都很重視檢測局部放電,所以目前的重要項目就是進行絕緣預(yù)防性試驗,并已經(jīng)成為確定產(chǎn)品質(zhì)量的重要條件之一。
第五,T型連接器本身可能存在氣泡、雜質(zhì)等制造缺陷,可能會導(dǎo)致T型連接器燒損。
4 工藝解決方案
(1)在安裝高壓套管緊固件時,緊固件安裝順序1和4、2和5、3和6對角緊固,并且可分幾次緊固,第一次6個緊固件分別用60%扭矩要求值緊固,第二次用80%扭矩要求值緊固,第三次用100%扭矩要求值緊固;(2)個別T型連接器本身可能存在制造缺陷,廠家應(yīng)該對T型連接器介質(zhì)進行針對性試驗并提供試驗報告;(3)操作者安裝T型連接器的熟練程度,也是絕緣硅脂涂抹能否均勻的關(guān)鍵,因此對于此項T型連接器安裝工藝必須有專人負(fù)責(zé),并且此人需經(jīng)過全部的T型連接器安裝培訓(xùn);(4)改善T型連接器安裝環(huán)境,避免在安裝T型連接器時進行其他工藝安裝,例如清潔T型連接器附件時,會導(dǎo)致灰塵落在絕緣硅脂上,導(dǎo)致T型連接器內(nèi)電場分布不均勻,最終形成電流放電或電流擊穿;(5)盡可能減少在絕緣硅脂中的空氣及油隙,使用改進的工藝方法,將圓滑細(xì)物和錐堵同時放到T型連接器內(nèi),當(dāng)用扭矩扳手將錐堵完全緊固時,將扭矩扳手反向旋轉(zhuǎn)一圈,抽出圓滑細(xì)物,此時T型連接器內(nèi)空氣同時排出,在重新用扭矩扳手緊固錐堵。這樣T型連接器內(nèi)部空氣最大限度地排出,同時也解決了絕緣硅脂涂抹不均勻的現(xiàn)象。
5 結(jié)語
通過以上的T型連接器燒損的原因分析,可以總結(jié)出防止T型連接器燒損的預(yù)防措施及改進措施,通過2013年以來對工藝措施的執(zhí)行效果驗證,基本消除了T型連接器燒損的現(xiàn)象。
參考文獻
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(責(zé)任編輯:王 波)