浅析CRH5型高速动车组的T型连接器烧损问题

刘畅

摘要：文章介绍CRH5型车牵引变压器T型连接器检修工艺技术，分析T型连接器烧损原因，提出T型连接器烧损原因及解决方案，通过研究T型连接器安装工艺方法，预防T型连接器在运行过程中发生T型连接器炸裂现象，保证车辆行车安全。

关键词：CRH5；牵引变压器；T型连接器；检修工艺；高速动车组 文献标识码：A

中图分类号：U266 文章编号：1009-2374（2016）33-0095-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.047

1 概述

CHR5型动车组使用交直交的传动方法，主要由五部分组成，即25kV受电弓、25kV主短路器、牵引变压器、牵引电机、牵引变流器。25kV高压交流电从电网导入25kV受电弓，25kV受电弓通过25kV高压线缆将高压交流电导入牵引变压器，使电压降变成1770V，电压降变后，再经过牵引辅助变流器，将电压和频率逆变成可被人们控制的三相交流电，此三相交流电通过牵引电机牵引高速动车组。而T型连接器连接25kV高压线缆和牵引变压器，是高压电流传输的重要节点。自2011年以来，CRH5型动车组在运营过程中发生了3起牵引变压器T型连接器烧损故障，导致CRH5型动车组的牵引力和制动力无法正常发挥，牵引系统丢失，制动系统只能用人工限速，存在侧翻危险，不能保证行车安全，严重影响了运营秩序。

2 T型连接器结构简介

T型连接器由8部分组成：（1）T型连接器靴套：用来防止高压电外漏装置；（2）T型连接器内屏蔽：屏蔽电磁场影响；（3）T型连接器铜连接：固定T型连接器与牵引变压器；（4）T型连接器应力堆：用来防止高压电外漏装置；（5）T型连接器接地点：倒地电流；（6）双头安装螺栓：固定后堵头；（7）后堵头：固定T型连接器；（8）后盖：保护后堵头和T型连接器。

3 T型连接器烧损故障原因分析

3.1 机械原因

可能存在安装高压套管工艺方案不当，高压套管为T型连接器与牵引变压器的安装部位。由于安装高压套管紧固件为环形，此工艺方案可能引起机械应力不均匀分布，使高压套管表面变形，造成安装T型套后有空气间隙，使端子膨胀。

3.2 电气原因

从热量、电流、电阻和时间上来看，参考了热熔和质量，可以看到温度的变化对相关参数的影响。由于金属端子与高压套管材质不同，而不同材质的热熔和质量一般不同，由调查可以看出在发出相同热量时是有很多不同的，在初始温度相同的情况下，升温后金属端子和高压套管的温度不同，导致金属端子和高压套管膨胀快慢不同，可能导致T型连接器膨胀，空气渗入，最终导致T型连接器烧损。

3.3 电应力的原因

高压电缆中电流产生的磁场恰好能通过T型连接器。由左手定则可知，T型连接器会产生一个安培力。在车刚开始供25kV高压电并且车开始运动，就会产生一个不小的力使T型连接器震动，可能导致T型连接器膨胀，空气渗入，最终导致T型连接器烧损。

3.4 涂抹硅脂不均匀产生气隙、油隙

由于T型连接器在安装到高压套筒后，T型连接器内部密封，这就要求高压套筒、T型连接器内部及高压电缆涂抹硅脂时均匀。目前，工艺操作者在对高压套筒、T型连接器及高压电缆涂抹硅脂时有不均匀现象，在T型头靴套安装后，T型连接器与高压套筒、高压电缆间可能会有气隙、油隙。

当T型连接器与高压套筒、高压电缆间存在气隙、油隙时，通入25kV高电压时，在绝缘的气隙就会产生局部放电现象，这就说明在绝缘硅脂内部存在局部性放电现象，当CHR5型动车运行一段时间后，局部放电达到某种程度时，就可能导致对绝缘硅脂的击穿，导致T型连接器烧损。

现在分析当绝缘硅脂中含有一个气隙时，绝缘硅脂是如何放电的。如图1所示：

图中c表示在绝缘硅脂中的气隙，b表示的是绝缘硅脂，a是除了b之外连接部位的介质。（a）绝缘硅脂中的气隙，（b）等效的放电电路。

其中：δ为气隙整体厚度，d为绝缘硅脂和气隙的整体厚度，Ca、Ra为其外部分介质的电容和电阻，Cb、Rb为与气隙串联部分绝缘硅脂的电容和电阻，Cc、Rc为气隙的电容和电阻。

从T型连接器结构来看，绝缘硅脂和气隙是在近似平行电极中，目前气隙和绝缘硅脂中的放电过程是在高压交流电场作用下进行的，所以可以用等效电路图（b）来进行分析。绝缘硅脂中的气隙是与电场方向相垂直，气隙形状是扁平状，根据电流连续性原理得出T型连接器的绝缘硅脂和气隙与绝缘硅脂和气隙的等效电导的特性。

在电场中，如果两者的电阻均小于10-11（Ω·m）-1，那么绝缘硅脂b和气隙c的电压的数值之间的关系，分别为绝缘硅脂b和气隙c的相对介电常数，绝缘硅脂b和气隙c的电场强度的相互关系如下：

第一，气隙在交流高压电时放电，在电场中气隙中的电场强度Ec与绝缘硅脂中电场强度Eb之比为。在通常外部环境下，而绝缘硅脂的相对介电常数大于1，说明在气隙中的电场强度比绝缘硅脂中的电场强度高很多。

第二，空气的击穿场强在通常情况下都比绝缘硅脂的击穿场强值低，所以在较高电压时，气隙被电流击穿，而在T型连接器内部的绝缘硅脂仍然保持其绝缘特性，击穿性通道并没有在电极之间形成。但当电压达到25kV时，绝缘硅脂介质会被击穿，击穿性通道在绝缘硅脂及气隙中形成。

第三，与T型连接器相连接的电缆为油纸电缆，由于在制造工艺中使用了真空干燥浸渍等方法，可以使电缆中含有气隙的可能性几乎为零，但充满绝缘油的间隙却不能避免地存在，固体介质的介电常数比油本身的介电常数通常大，而击穿场强又比油本身的介电常数要高，所以局部放电也会发生在油隙中，当电压达到25kV时，油隙介质同样会被击穿。

第四，如果在T型连接器中不含有气隙或油隙，但在T型连接器中电场分布极不均匀的条件下，加上25kV的高压电场，局部放电现象就极为可能产生。例如T型连接器表面及电缆表面上的毛刺或有其他杂质、异物如金属屑，那么附近的电场强度要比T型连接器中其他部位的电场强度高得多。当电压达到25kV时，此处局部放电强度达到绝缘硅脂本身的击穿场强值，击穿性通道在绝缘硅脂就会形成。

总之，如果T型连接器中存在的空气及油隙，就会造成T型连接器内部电场分布不均匀，加上25kV的高压电场，使局部电场强度过高，最终导致的绝缘硅脂中局部范围内的电流放电或电流击穿。T型连接器中的局部放电也是引起T型连接器靴套和T型连接器应力堆老化的重要原因之一。假如T型连接器是在正常运行电压下，其绝缘硅脂中就已经出现局部放电的现象，这意味着绝缘硅脂内部本身存在个别缺陷，而且这种过程必然会在高速动车组运行期间持续发展，达到一定程度或某一临界值时，就会导致绝缘硅脂的击穿或损坏，所以测定T型连接器在不同电压下的局部放电临界值的界定与不同发展趋势，就可以判断T型连接器靴套和T型连接器应力堆内是否存在个别缺陷，并且能够测量绝缘硅脂老化的速度和各种情况的状态。因而T型连接器和牵引系统运行部门都很重视检测局部放电，所以目前的重要项目就是进行绝缘预防性试验，并已经成为确定产品质量的重要条件之一。

第五，T型连接器本身可能存在气泡、杂质等制造缺陷，可能会导致T型连接器烧损。

4 工艺解决方案

（1）在安装高压套管紧固件时，紧固件安装顺序1和4、2和5、3和6对角紧固，并且可分几次紧固，第一次6个紧固件分别用60%扭矩要求值紧固，第二次用80%扭矩要求值紧固，第三次用100%扭矩要求值紧固；（2）个别T型连接器本身可能存在制造缺陷，厂家应该对T型连接器介质进行针对性试验并提供试验报告；（3）操作者安装T型连接器的熟练程度，也是绝缘硅脂涂抹能否均匀的关键，因此对于此项T型连接器安装工艺必须有专人负责，并且此人需经过全部的T型连接器安装培训；（4）改善T型连接器安装环境，避免在安装T型连接器时进行其他工艺安装，例如清洁T型连接器附件时，会导致灰尘落在绝缘硅脂上，导致T型连接器内电场分布不均匀，最终形成电流放电或电流击穿；（5）尽可能减少在绝缘硅脂中的空气及油隙，使用改进的工艺方法，将圆滑细物和锥堵同时放到T型连接器内，当用扭矩扳手将锥堵完全紧固时，将扭矩扳手反向旋转一圈，抽出圆滑细物，此时T型连接器内空气同时排出，在重新用扭矩扳手紧固锥堵。这样T型连接器内部空气最大限度地排出，同时也解决了绝缘硅脂涂抹不均匀的现象。

5 结语

通过以上的T型连接器烧损的原因分析，可以总结出防止T型连接器烧损的预防措施及改进措施，通过2013年以来对工艺措施的执行效果验证，基本消除了T型连接器烧损的现象。

参考文献

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[2] 董旭柱，王昌长，朱德恒.电力变压器局部放电在 线检测研究的现状和趋势（一）[J].变压器，1996， 33（1）.

[3] 周泽存.高电压技术[M].北京：水利电力出版社， 1982.

[4] 赵智大.高电压技术（第二版）[M].北京：中国电 力出版社，2004.

（责任编辑：王 波）