SS4G机车开关柜电阻烧损的原因分析及改进措施

郝 鹏

（大秦铁路股份有限公司 湖东电力机务段技术科，山西大同037300）

SS4G机车开关柜电阻烧损的原因分析及改进措施

郝 鹏

（大秦铁路股份有限公司 湖东电力机务段技术科，山西大同037300）

SS4G机车主变压器次级绕组的过压吸收电阻频繁出现烧损，存在严重的火灾隐患。通过对故障原因分析，提出了整改措施。

SS4G机车；开关柜电阻；烧损；改进措施

随着大秦线货运量的不断增长，2万t列车日开行达到90对，400台和谐型交流机车全部上线牵引万吨列车，由于交流机车反馈给电网大量的谐波，造成了在线上运行的SS4G机车主变压器次级绕组的过压吸收电路严重超负荷运行，过电压吸收电阻经常出现烧损，极易造成火灾事故。同时由于大秦线线路复杂，环境恶劣，其中共有52座隧道，隧道总延长67.197 km，长度在2 000 m以上的隧道13座，其中最长的是位于北京市延庆县境内的军都山隧道，全长8 460 m，隧道内煤尘不能散发，列车通过时，隧道的煤尘被机车风机吸附到机车内，极易被吹起落在电器部件上，影响散热效果，特别是SS4G机车担当组合列车中部时，机车冲动大，极易造成短路、断路、接地烧损故障。

1　故障信息

2012年1月份SS4G机车开关柜电阻烧损发生12件（见表1）。

表1　2012年1月份开关柜故障信息表

2　开关柜电阻的功能

当机车主断路器4QF打开或接通主变压器空载电流时机车将产生操作过电压，此时网侧避雷器5F和牵引绕组上的R C吸收器可以对操作过电压起到限制作用。SS4G机车主变压器4个牵引绕组过电压吸收电阻（73R、74R、83R、84R）采用RXG800A，6.2Ω，800W两根电阻并联的形式，分别安装于开关柜后。过电压吸收电阻与吸收电容串联后组成阻容保护电路，R C吸收电路由71C与73R、72C与74 R、81C与83 R、82C与84 R构成。如图1是牵引绕组部分电路图，利用电容能吸收能量、电容两端电压不能突变以及电阻能消耗能量的特性进行工作的，分别并联在主变压器4个牵引绕组上，主要用来吸收或限制机车的过电压。

3　原因分析

3.1开关柜电阻结构原因

SS4G机车PFC开关柜在较小的空间内装配着主变次级绕组的过压吸收的电阻电容、负载电阻、功补电阻、压敏电阻、同步变压器、电压传感器、电流互感器等许多电气部件及导线。机车运行过程中，流过过电压吸收电阻的电流造成该电阻持续过热，将固定胶木板烤焦、碳化，绝缘值降低；由于长期环境温度太高，电源线极易老化，造成短路，甚至烧断；电阻下方是同步变压器，当电阻被烧熔后，熔化的金属液体滴到同步变压器上，造成短路、接地，甚至同步变压器的外壳着火，将周围的布线和配件烧坏。

图1　SS4G型机车牵引绕组部分电路图

3.2网压原因

通过近年来故障统计分析对比发现，自2010年2月开通1.5万t DP组合列车以来，SS4G机车开关柜电阻烧损故障突然增加，我们初步分析与交直流机车在同一个供电臂下运行有关。

为了准确测量网压，选择在高压电压互感器次边引线接入示波器进行检测，记录测量数据。如图2是2012年4月25日在北同蒲线五寨站测得的网压波形，峰值最高291.189，网压平稳持续值约为180。图3是2012年4月26日在大秦线湖东一场所检测网压波形。当网压出现波动时可达到260。通过采集数据分析，交流机车产生的谐波反馈给接触网，这些谐波进入直流机车SS4G机车开关柜阻容吸收回路，引起电阻超负荷工作、严重过热，是烧损的一个重要因素。

图2　北同蒲线五寨站测得的网压波形

图3　大秦线湖东一场所检测网压波形

4　改进方案

4.1阻容吸收电路分析

根据阻容保护是在整流变压器二次侧并联R C电路中的电阻电容的计算公式。计算单相变压器交流侧过电压保护电容C和电阻R的公式是：

式中S为变压器每相平均计算容量，kVA；U2为变比器二次侧相电压有效值，V；if为变压器励磁电流百分比；uk为变压器的短路电压百分比；C为电容，μF；F为电阻，Ω。

根据SS4G电力机车相关资料：变压器每段绕组的计算容量S=1 168.25 kVA，次边绕组标称电压U2= 695.4 V，变压器空载励磁电流if=0.4，变压器次边短路电压百分比uk=0.132，将参数代入上述公式计算可得C≥5.8μF，R≥5.47 Ω。

在通常情况下，通过增大电容量能使过电压的电压变化率变小，但电容器的体积增大，而且会增加电阻的损耗，使电阻的体积加大，造成整个阻容保护装置的体积过大。减小电容容量可降低电阻的损耗，可避免电阻、电容的烧损，同时也降低了阻容保护对过电压的吸收效果。

通过增大电阻值有利于抑制振荡，但电阻值太大，反而影响电容抑制过电压的效果，并使正常工作时电阻损耗增大。一般电阻为几欧母到几十欧母，以不导致振荡为宜。

4.2改进吸收电路的性能

SS4型机车的阻容吸收电路选择的电容器容量为6μF，SS4G机车选择的电容器容量为18μF。根据前面的计算，应选择电容C≥5.8μF。当电容较大时，电容充放电能力变大，电阻功耗变大，对SS4G机车阻容保护装置，选择6μF的电容器，可有效地降低电阻的损耗，避免电阻过热。若选择12μF的电容器，将更有利于降低作用于器件的过电压和电压上升率，但是对电阻的功耗要求将比选择6μF的电容器提高一倍。根据前面的计算，应选择电阻R≥5.47 Ω。根据时间常数t=RC的关系，为抑制振荡，电阻值应选大一些。综合以上计算及分析，可选取6μF、1.7 kV的电容，两根24 Ω、1 200 W的电阻并联。

4.3改善散热环境

将开关柜内主变压器次边绕组过压吸收电阻全部移到柜外，用角钢制作骨架；在骨架下部安装有接盘，防止熔化的金属电阻落到主变壳体上；骨架周围安装有隔热云母板，防止金属电阻高温烧烤柜体侧面的导线。

电器支架、电阻并联板和导线连接板均使用铜质材料，电阻绝缘支撑是用耐高温1 000℃的95高频瓷柱组成。而且导线与电阻连接的连接板安装有散热器，能降低连接板上的温度，解决了电阻连接导线因高温造成虚接打火的问题。外移后的开关柜电阻如图4所示。

图4　改进后的开关柜电阻

4.4安装防火报警系统

大秦线SS4G机车均装有防火视频装置，在整流柜背面安装防火摄像头，并安装温度传感器，调整为防火视频第3通道，将该通道摄像头调整为垂直方向为18℃，水平方向为85℃，使其拍摄画面中心为开关柜电阻。同时可以将该通道烟雾传感器及温度传感器安置在开关柜电阻后侧，并合理调整烟雾传感器、温度传感器的灵敏度，机车乘务人员能通过防火装置语言报警及时发现开关柜变化情况。

4.5加强日常检修管理

开关柜电阻改进前，检修、整备检查人员必须进入到机械室里、开关柜后面才能对过电压吸收电阻进行检查、测量。改进后，检查人员可以在走廊里直接观察到各电阻外观情况，并可以直接进行测量。不仅降低了检修人员工作量，而且很大程度上提高了日常检修质量。

此外，检修人员也可以通过下载防火装置数据发现开关柜有无烟雾、烧损情况，目前湖东电力机务段机车入库时由检修专人下载防火数据，由安全科进行日常数据分析，并按规定填写报警记录信息，反馈给技术部门鉴定。

5　改进效果

开关柜电阻外移改进使R C吸收回路电阻功耗明显降低，第1台改进后的机车SS4-925机车运行一年时间没有发现电阻变形、过热、接线老化现象。

此外，开关柜电阻外移改善了过电压吸收电阻的散热环境，有利于金属电阻散热，并使其远离柜体，将电器间距离拉大，大大减少电器间的短路现象。

湖东电力机务段配属SS4G机车138台，截止2012年5月31日已对67台机车开关柜进行了改进，并进行了近6个月的跟踪、统计（见表2），改进后的机车开关柜电阻及相关故障下降了93.4%，发生的3件电阻烧损及1件线路老化接地故障，机车乘务员都及时发现，故障未扩大，均能维持运行。

表2　2012年开关柜电阻故障统计表

6　结束语

并联在变压器次边绕组的吸收电路主要是为了吸收谐波、稳定变压器输出性能，改变电阻、电容值会改变开关柜吸收回路的稳定性。由于改变了RC回路的参数，理论上会影响整流装置的使用效率，特别是整流二极管的使用寿命。但是在改造后的机车运行一年多没有出现过整流装置的故障，因此，对RC回路的改造符合目前大秦铁路的实际情况。

在不影响变压器次边运行的情况下，选RC吸收电路中的电容为6μF、1.7 kV，使过电压吸收电阻的功耗降低。并通过电阻外移改善开关柜电阻散热环境。考虑到日常检查，设计了合理的箱体体积，消除开关柜电阻带来的火灾隐患，方便维修与检查。

［1］ 张有松，朱龙驹.韶山4型电力机车［M］.北京：中国铁道出版社，1998.

［2］ 大连机车车辆厂.韶山4型电力机车检修手册［Z］.2003.

［3］ 徐薇莉，田作华，等.自动控制理论与设计［M］.上海：上海交大出版社，2007.

Analysis of the Causes of SS4GLocomotive Switchgear Resistance Burn and Improvement Measures

HAO Peng
（Hudong Electric Loco motive Depot，Daqin Railway Co.，Ltd.，Datong 037005 Shanxi，China）

SS4Gloco motive main transformer secondary windings over-voltage absorption resistance is frequently burned，and there exist serious fire hazards.Through analyzing the cause of the problem，the improvement measures are put forward.

SS4Glocomotive；switchgear resistance；burning；improvement measures

U269.6

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.27

1008-7842（2015）04-0116-03

�）男，工程师（

2015-01-31）