牵引变压器绝缘故障研究

摘要：现如今，国家对铁路建设的重视度不断提高，在该领域加大了投入力度，中国铁路走出了发展的低迷时期。为了避免高速重载铁路的运营受到不利影响，社会各界更加注重牵引供电系统的性能。牵引变压器是牵引供电系统中不可分割的一部分，承担着变电的责任。降低牵引变压器绝缘故障的发生率具有积极意义。本文首先阐述了牵引变压器的运行特点，其次介绍了牵引变压器绝缘性能要求，最后分析了牵引变压器绝缘故障。

关键词：牵引变压器;绝缘故障

长期以来，电气化铁路在诸多领域受到了广泛关注，其对牵引供电系统的要求也日益提高。在牵引供电系统中，牵引变压器发挥着至关重要的作用，不仅能够对电压等级进行变换，还能实现输送电能的目的，倘若牵引变压器的工作状态较为理想，那么牵引供电系统的运行也会更加顺利;反之，牵引供电系统的运行将受到不利影响。因此，在电气化铁路迅速发展的背景下，牵引供电系统应不断提高自身的安全性及可靠性，为列车的顺利运行提供良好保障。

1牵引变压器的运行特点

1.1冲击性

对于电动机车的起动问题，瞬间所需的电流通常会保持在较高状态，大约为600安培。而高速列车与重载牵引车的起动电流往往在600安培以上[1]。在此情形下，牵引变压器的负荷是没有预兆的，表现出明显的突然性，在电流曲线中相当于陡变的一种。

1.2非线性

牵引供电系统谐波具有丰富性的特点，与多种设备均存在紧密联系，而电力机车是这些设备的重中之重。目前整流型机车在电力机车中占据很大比例，即用于牵引电机的直流电是经交流电全波整流得到[2]，在正常运行的过程中，牵引电流的波形通常不会出现明显波动，存在于方波和三角波之间，可见，谐波成分存在其中。倘若想准确了解到存在于这类谐波源的谐波电流，那么可以通过设备的电路结构来实现，还可以通过供电电压波形等完成。另一类为含有电弧和铁磁非线性设备的谐波源[3]，这类谐波的出现原因十分繁琐，还未体现出统一的计算方式。

2牵引变压器绝缘性能要求

2.1电气性能要求

随着不断的运行，变压器不仅要受到最大工作电压的干扰，还要应对多种过电压，并且过电压的影响极为关键，是决定变压器绝缘水平高低的参考重点。

2.2机械性能要求

当电流与变压器绕组产生联系时，电动力将会出现于绕组导体中，此时对变压器提出一定要求，要求其能够在机械应力的作用下顺利运行。从运行过程的角度来看，必然会受到电网短路的影响，从而耐受着相应的电流冲击。一旦遇到外部故障短路，引线、绕组中的电流将出现明显改变，即高于额定电流，由于电动力与短路电流的二次方为正相关，因此无论是铁芯、绕组，还是油箱、引线，都会面临着较大的电动机械力。面对如此情形，变压器出现引线、绕组位移的概率较大，导致绝缘损伤的状况出现。

3牵引变压器绝缘故障

牵引变压器不仅承担着变换着电压等级的责任，而且需要给与电力机车一定能量，目前已建成或者在建的牵引变电所一次侧电压为220kV，对于较老的牵引变电，其应用了110kV的牵引变压器。电能如果想顺利通过牵引变压器，那么需通过高压套管、高压绕组、低压绕组来完成。从电能传递通道的角度来看，牵引变压器会因为多种因素的干扰而出现种种故障，包括牵引变压器本体构件的生产、焊接原因，绕组位置与固定的不合理造成漏磁路径经过金属器件产生过热现象[4]，如果绝缘材料未保持原有的稳定性，且呈现自然劣化的状态，那么将會导致绝缘击穿的状况出现，进而发生短路故障，在运行的整个阶段里，可能出现绕组变形的现象，或者出现过电压冲等现象，从而加大了故障出现的概率。变压器故障所发生的位置通常体现在两点：其一为内部故障;其二为外部故障。前者指的是邮箱内出现的种种故障;后者指的是变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障[5]。

对这些故障进行分类的过程中，通常以绝缘本身的内涵为主要出发点。绝缘主要将不导电的物质作为主要工具，避免电体呈现聚集状态，使其能够包裹起来，从而最大程度上防止触电。良好的绝缘具有至关重要的作用，能够避免电器设备与线路在运行的过程中较为艰难，确保其保持在正常状态，为人身触电事故的降低提供有效帮助。随着运行过程的不断推进，变压器的绝缘也不会始终保持稳定性，性能也会呈现老化的趋势，但其化学、电气、机械性能依旧能够保持较强的稳定性，并不会出现故障。一旦发生异常情况，绝缘的老化速度将不断加快，如果是变压器油，那么油质将会越来越差;如果是绝缘纸，那么其聚合度将越来越弱，变压器绝缘状况也不够理想，当高压场强远远超于电气强度，将会出现击穿。从外部绝缘的角度来看，由于牵引变压器的运行会处在多种天气条件下，特别是扬尘及风沙天气，对绝缘闪络带来不利影响。并且，由于套管的设计缺乏科学性，再加上制造工业的影响，有很大概率会出现局部放电，不断侵蚀套管原本的稳定性，对绝缘原本的作用带来明显制约。

结论

综上所述，在高速铁路迅速发展的21世纪，诸多领域对牵引供电系统的重视度不断提高，对其实施检修工作具有重要意义。在今后的发展中，该领域应不断分析牵引变压器绝缘故障，找出存在的不足之处，及时采取合理且有效的措施将其解决，避免在运行的过程中受到多重阻碍，为绝缘故障的排除奠定基础。

参考文献

[1]王菲.浅谈牵引变压器绝缘故障与油中溶解气体在线监测系统[J].城市建设理论研究（电子版），2019（25）：24.

[2]金贵阳，杨克己，戴永军，马尚行.智能配电变压器的串变调压和基于漏磁的绝缘故障检测技术[J].电力系统保护与控制，2017，45（05）：103-108.

[3]龙英凯，王谦，李勇，李龙，毛磊.基于拉曼光谱的电力变压器绝缘故障自动定位系统设计[J].自动化与仪器仪表，2020（01）：105-108.

[4]李浩，王福忠，王锐.变压器绝缘故障类型的改进型RBF神经网络识别算法[J].电源学报，2018，16（05）：167-173.

[5]李帅兵. 基于大数据分析的牵引变压器绝缘老化特征提取与状态诊断研究[D].西南交通大学，2018.

作者简介：司全龙（1987-02-18），男，汉族，山东菏泽人，本科学历，湖南高速铁路职业技术学院，讲师，研究方向，电气工程