电力机车电压互感器在线监测装置的研究

杨建明，王传芳，姜赞

(北京中车赛德铁道电气科技有限公司，北京 100176)

1 引言

电压互感器是电力机车的一个重要电气部件，是将接触网电压AC25kV按线性比例转换为低电压AC100V，并提供给机车的控制单元及计量单元，主要实现接触网电压测量、功率计量和保护功能。

电压互感器自安装运用，只能等到规定的周期进行检修，来判断电压互感器的性能，无特征量来实时显示电压互感器的运行状况及服役状态。近年来连续发生了多起电压互感器爆炸事故，给电力机车的安全运行带来了隐患，并造成了重大损失。因此需研究分析电压互感器的炸裂现象及原因，确定监控各参数特征量，有效预防电压互感器的炸裂事故，保障机车的安全运行。

2 电压互感器的故障现象

电压互感器内部结构及炸裂现象如图1所示。

图1 产品内部结构示意图

从以上故障现象可以看出一次绕组的中部漆包线过热及发黑严重，可以判定此处在电压运行过程中发生了一次绕组层间或匝间短路，引起局部过热，进而逐步破坏一次绕组漆包线的外绝缘。热量积累的一定程度，使电压互感器主绝缘彻底损坏，开裂，引起更大的电弧，产品对地击穿。而此故障伴随着电压互感器一次绕组电流增加，二次绕组电压异常升高。

图2 烧损的一次绕组

3 在线监测装置电路设计

3.1 在线监测装置总体结构

在线监测装置利用电流传感器、温度传感器采集一次绕组电流值、二次绕组末端温度及电压值，经信号保护电路、调理电路后进入单片机主控系统，通过计算，得出电压互感器的绕组电流以及温度的变化，通过RS485传输给机车控制单元，实时判断电压互感器的运行状况，并且记录存储显示相关特征量信息。

监测装置总体结构框图如图3所示。

图3 监测装置总体结构框图

3.2 在线监测装置保护电路

图4 监测装置保护电路

其中保护器件自恢复保险丝F2，防止过压过流侵入信息采集电路，从而起到保护的作用；TVS3瞬态抑制二极管是限压型过压保护器件，当输入信号电压达到16.7V时，TVS3开始导通，保护后级电路不被烧毁；D12、D16二极管起电压钳位作用，将进入放大器的信号电压钳位在±(15V+VFM)，保障放大器稳定工作。

4 在线监测装置实测数据

以某动车组用电压互感器进行测试，其电气规格如下:

额定一次电压:25kV；额定二次电压:100V；准确级及额定输出:0.5级/20VA。

不同负载情况下，测试各电气参数如表1所示。

表1 负载为20VA/cosφ=0.8

表2 负载为20VA/cosφ=1

表3 负载为40VA/cosφ=0.8

表4 负载cosφ=1

以上测试的二次绕组电流值随二次绕组电压线性递增，一次绕组电流符合设计值，二次绕组温升与设计值及型式试验中电阻法测试值吻合。

5 结论

电压互感器发生故障时的主要表现形式为一次绕组短路以及内部过热，利用实时监测一次绕组电流、二次绕组电压以及温度信息，可以直接反映出电压互感器的运行状况，具有可行性。在积累相关的运行数据后，进行相应的阈值设置，对保障互感器的安全运行具有重大意义。