和谐机车过电压保护装置故障的原因分析及防范措施

盛 斌

(广州铁路(集团)公司 株洲机务段， 湖南株洲 412004)

和谐机车过电压保护装置故障的原因分析及防范措施

盛 斌

(广州铁路(集团)公司 株洲机务段， 湖南株洲 412004)

针对和谐型机车过电压保护装置的故障情况进行分析，查找故障原因并提出对应的防范措施，从而使故障得到有效控制。

过电压； 保护； 故障； 分析； 措施

2009年11月和谐型机车在株洲机务段配属并投入运用，截止到目前为止，机务段配属的HXD1C和HXD1机车达240台，主要担当京广线株洲—江村、沪昆线株洲北—贵阳南区段的货物列车牵引任务。为使机车运用中车内电器免受过电压的侵害，在电力机车车顶均装有过电压保护装置—避雷器(部分机车出厂时还加装了过电压吸收装置)。从近几年的运用情况看，和谐机车车顶避雷器炸裂的故障与既有SS6B和SS7C型机车相比明显下降，但运行中该故障仍有发生。运行中一旦发生避雷器(或过电压吸收装置)烧损对地放电后，相当于电网对地短路，会引起牵引变电所跳闸，接触网停电，列车无法运行，只能请求救援，严重影响线上正常的运输秩序。因此预防和减少避雷器故障对于铁路运输安全具有重要意义。

1 装置的作用及特性

1.1 避雷器

机车在运行中，有可能承受来自外部雷击高达几十万伏的大气过电压，同时也有来自机车内部电器设备的操作(如主断路器开闭等)引起的电压冲击造成的操作过电压，为防止这些过电压危及到机车电气设备的安全，在主断路器与高压穿墙套管之间装有过电压保护用的复合外套无间隙金属氧化锌避雷器。目前机务段配属的HXD1C和HXD1机车上装的均是YH10WT-42/105型避雷器，其中2012年底新接的27台HXD1C机车出厂时，是采用避雷器和KYT-27.5-84.3/800过电压吸收装置相结合的双重保护模式。

氧化锌避雷器由主体元件、接线端子、安装卡子或绝缘底座构成。主体元件内装有氧化锌电阻片，内部无间隙。主体元件外套采用憎水性硅橡胶制成，使氧化锌避雷器体积小、质量轻，并具有优良的耐污性、防爆性。避雷器与被保护的电器并联，在避雷器额定电压和系统正常工作电压下，氧化锌电阻片呈现为高电阻状态，使避雷器仅流过很小的泄漏电流，使系统与地绝缘。当系统出现危害被保护设备绝缘的过电压时，氧化锌电阻片呈现低电组状态，吸收一定的过电压能量，过电压被限制在允许值以下，从而对电气设备提供可靠的保护。

1.2 过电压吸收装置

KYT-27.5-84.3/800过电压吸收装置与避雷器的作用类似，只是保护动作电压比避雷器小，内部结构在避雷器的基础上有改进。避雷器只有氧化锌阀片，该装置内部除了氧化锌阀片外，串联了电极(有放电间隙)、熔断器，当过电压达55 kV时，电极放电间隙击穿，有微量的漏电流流过，起保护作用，如果过电压过高，最终将使装置内部熔断器熔断，装置失去保护作用。

2 故障原因分析

2.1 装置本身的质量问题

2012年机务段新接27台HXD1C机车运行半年后，个别机车电压吸收装置上端部有过压裂损现象，其中HXD1C-6294机车，在运行中因过电压吸收装置炸裂，引起接触网跳闸，列车被迫在区间停车请求救援。分析其故障原因是安装不当及产品本身的质量问题导致装置顶部电极放电击穿。

2.2 密封不良

一是在产品的生产过程中，如避雷器阀片烘干不彻底，含水分。或者装配时，避雷器的密封垫圈安放位置不当。二是阀片受潮或进水。YH10WT-42/105型避雷器生产时，是利用真空注胶技术，在避雷器内部注入硅胶，能防止潮气入浸，由于在生产过程中因质量卡控不到位或是在产品运行时，受外力的影响，产品受损导致密封不良，由于阀片吸收能量发热，当阀片受潮气浸入后，累积产生能量效应，阀片容易击穿。

2.3 异常过电压

机务段和谐机车上安装的YH10WT-42/105型避雷器正常工作电压为31.5～33.6 kV，工频耐受时间特性为：50.4 kV下耐受0.1s，48.3 kV下耐受1 s ，46.2 kV下耐受10 s ,42 kV下耐受1 200 s。该型号避雷器一般持续的正常工作电压不宜超过33.6 kV，短时暂态过电压达到46.2 kV以上后，避雷器的耐受时间最多也就在数秒之内，这时避雷器就会损坏。

导致异常过电压的原因有多种，除了大气过电压、操作过电压外，谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成设备烧损。如变电站大容量、高电压的变压器由于合闸涌流的过程时间比较长，能够延续数秒或更长时间，有时还会引起谐振过电压，使避雷器的放电时间过长而受到损坏。

此外区间线路上运行的电力机车再生制动时，对电网供电也会产生一定影响。如电力机车在运行区间的负荷变化速度较快,幅度较为剧烈,在启动、缓行、制动以及上下坡过程中,负荷相差比较大。制动时会使得负荷的波动更加剧烈,负荷变化更具有快速性和冲击性。负荷的波动会引起电压的波动,波动速度较快时则会导致电压闪变增大，影响供电质量。

当多种过电压及谐波等几种峰值叠加时，过电压快速升高，因氧化锌电阻片本身是一种阻容性元件，电压越高，阻性成份就越大，当电压作用在电阻片上，电阻片在电应力的作用下会发热，当发热量超出了电阻片自身热平衡状态时会产生热崩溃现象，这时电阻片会被击穿，造成避雷器损坏。如机务段2013年10月12日 HXD1C-6050在株洲检修库内检查完毕，升弓合主断后，车顶即出现放炮，入库后上车顶检查发现避雷器中部炸开，对地放电，仔细检查发现内部元件无受潮痕迹，使用2 500 V摇表检查避雷器内部元件对地绝缘值为无穷大。分析造成避雷器炸的原因是过电压所致。

3 防范措施

(1) 为吸取机车因车顶过电压吸收装置炸裂引发的机车故障教训，防止运行中弓网故障的发生。在该故障发生后，机务段与厂方共同分析，决定对2012年11月新配属机务段的27台HXD1C机车过电压吸收装置进行甩除，由避雷器对网侧过电压进行保护。

(2) 为了防范避雷器密封不良，在使用前，应进行严格的密封性测试。安装时要注意避雷器保持垂直，元件与中心线的偏差不大于元件整体高度的2%。确保避雷器的正常工作。另外，在避雷器运行维护过程中，特别是在雷雨后，要加强对避雷器的巡视以便及时发现异常情况。

(3) 每次入库整备时，注意检查有机外套有无裂缝，判断避雷器的密封性能有无缺陷。同时要注意避雷器的硅橡胶外套不宜经常擦洗。

(4) 小辅修时加强避雷器的检查，发现问题及时处理，如2015年2月机务段新配属的HXD1-1386机车在库内检查时，发现避雷器器身有松动现象时，及时进行了换新。

(5) 因避雷器受潮时，光从外观上看不出任何问题，只有通过检查和测试，对试验数据进行分析才能发现内部的缺陷。所以在和谐机车做年检修程时，我们将避雷器从机车上拆下，送厂做预防性试验，发现有参数不合格时，及时进行更换。

4 结束语

近年来，机务段按以上措施加强对过电压保护装置的维护和保养，一旦发现装置有故障隐患时及时更换，同时，供电部门也在不断采取相应的措施改善电网供电质量，抑制高次谐波的产生。2014年以来机务段和谐型电力机车在运行中未再发生过电压保护装置炸损现象，确保了机车的运用安全。

[1] HXD1C机车司机手册[R].南车株洲电力机车有限公司，2009.

[2] HXD1C转向架使用维护说明书[R].南车株洲电力机车有限公司，2009.

[3] HXD1机车检修手册[R].南车株洲电力机车有限公司，2012.

Cause Analysis and Preventive Measures of the Fault of the Over-voltage Protection Device for the HXDLocomotive

SHENGBin

(Zhuzhou Locomotive Depot, Guangzhou Railway (Group) Corporation, Zhuzhou 412004 Hunan, China)

The article analyzes the fault of the over-voltage protection device of the HXD locomotive，and the cause of the fault is found and improvement measures are proposed correspondingly，to ensure that the fault has been effectively controlled

over-voltage； protection； fault； analysis； measures

1008-7842 (2015) 06-0110-02

男，工程师(

2015-07-06)

U269.5

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.28