SS4型電力機車主變壓器的檢測分析及故障診斷.doc
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SS4型電力機車主變壓器的檢測分析及故障診斷 學 院 名 稱： 專 業(yè) 名 稱： 年 級 班 別： 姓 名： 指 導 教 師： 目 錄 摘要 3 1. SS4型電力機車主變壓器的特點以及組成 3 1.1 SS4型電力機車主變壓器特點: 3 1.2 SS4型電力機車主變壓器的組成 4 2. SS4型電力機車主變壓器運行檢修概況及色譜分析檢測情況 5 2.1 SS4型電力機車主變壓器運行檢修概況 5 2.2 色譜分析檢測情況 5 3 變壓器油箱內(nèi)電器設(shè)備故障的診斷及處理檢查 6 3.1 故障發(fā)展趨勢分析 6 3.2 故障性質(zhì)的診斷、處理及檢查 6 4 結(jié)束語 7 4.1 SS4型電力機車主變壓器油箱內(nèi)電器故障診斷的特殊性及討論 7 4.2 強化油中溶解氣體分析（DGA）跟蹤檢測工作 7 參考文獻： 8 摘要 主變壓器(又稱為牽引變壓器),是交-直流傳動電力機車中的重要電器設(shè)備,用來將接觸網(wǎng)上取得的單相工頻交流25KV高壓電降為機車各電路所需的電壓.主變壓器的工作原理與普通單相降壓電力變壓器基本相同,但由于其工作條件特殊,特別是為了滿足機車調(diào)壓,整流電路的特殊要求,故在主變壓器的設(shè)計及結(jié)構(gòu)型式上均有自身的特點.目前，采用溶解氣體分析法（簡稱DGA）檢測變壓器油中溶解氣體，對主變壓器運行狀態(tài)進行診斷是維護變壓器安全的重要手段。以前的資料介紹過SS1、SS3型機車主變壓器內(nèi)部故障的診斷實例。但是，對于應(yīng)用較多、結(jié)構(gòu)相對復雜的SS4型電力機車主變壓器故障的診斷實例未見過報道。 本文就是基于這樣的原因，首先闡述了SS4型電力動車主變壓器的特點及組成，然后敘述了SS4型電力機車變壓器運行檢修概況及色譜分析檢測情況，然后再闡述變壓器油箱內(nèi)電器設(shè)備故障的診斷及處理檢查，最后得出SS4型電力機車主變壓器油箱內(nèi)電器故障診斷的特殊性及討論. 關(guān)鍵詞：主變壓器 溶解氣體 色譜分析 1. SS4型電力機車主變壓器的特點以及組成 1.1 SS4型電力機車主變壓器特點: (1)繞組多 為滿足機車調(diào)壓及輔助設(shè)備用電的需要,主變壓器除同側(cè)高壓繞組外,二次側(cè)低壓繞組有:牽引繞組,輔助繞組,勵磁繞組及采暖繞組等多個繞組,有的繞組還有多個抽頭.為保證各繞組之間耦合程度適當,有些繞組還需交叉布置,這就給繞組的繞制和裝配帶來一定的難度. (2)電壓波動范圍大 我國干線電氣化鐵道接觸網(wǎng)的額定電壓為()KV,即允許電網(wǎng)電壓在 19-29KV范圍內(nèi)波動,這就要求主變壓器的鐵心和繞組絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)留有足夠的裕量,磁路的磁通密度不能過高,以滿足高網(wǎng)壓下正常工作的要求. (3)負載變化大 隨著機車運行條件的變化,主變壓器的負載變化范圍很大,這就要求主變壓器應(yīng)能承受較大的負載變化,并具有一定的過載能力,以保證機車可靠運行. (4)耐振動 機車運行中產(chǎn)生的沖擊和振動將不可避免地傳給主變壓器,這就要求主變壓器各部件應(yīng)具有足夠的機械強度,所有連接緊固件應(yīng)有防松裝置. (5)對阻抗電壓要求高 因主變壓器二次側(cè)繞組有較高的短路故障機率,故繞組抽頭間的阻抗電壓不能太小,以滿足機車對調(diào)壓整流電路和短路保護的要求. (6)重量輕,體積小,用銅多 為滿足機車總體布置及減輕自重的需要,主變壓器與同容量的電力變壓器相比,應(yīng)具有較輕的重量和較小的體積.這就要求主變壓器在設(shè)計上采用鋼導線,高導磁率的冷軋電工鋼片,強迫油循環(huán)冷卻;工藝上采用真空干燥,真空注油等措施,來減輕重量和縮小體積.由于變壓器繞組多,容量大,故用鋼量特別多.通常,一般電力變壓器的銅重與鐵重之比為1:4左右;而主變壓器一般為1:2,有的甚至達到1:1.用鋼量多不但使主變壓器造價高,而且還使冷卻困難,冷卻器龐大,這不利于變壓器的輕量化. 1.2 SS4型電力機車主變壓器的組成 主變壓器由器身,油箱,保護裝置,冷卻系統(tǒng)和出線裝置等部件組成. (1) 器身由鐵心,繞組(線圈),器身絕緣和引線裝置等組成. (2) 油箱是油浸式主變壓器的外殼,變壓器的器身就放在充滿變壓器油的油箱內(nèi).對油箱的基本要求是: (1)在保證內(nèi)部必要的絕緣距離條件下,盡可能減小體積,以節(jié)約用油; (2)應(yīng)具有必要的真空強度,以便在檢修時能利用油箱進行真空干燥; (3)油箱外部各種附件的布置應(yīng)便于安裝和維護. 變壓器的器身放在充滿變壓器油的油箱中.由于主變壓器與平波電抗器共用油箱,下油箱形狀呈凸字形,大腔用于安裝主變壓器的器身,小腔用于安裝平波電抗器.兩腔之間設(shè)置一塊鋁板,用以隔磁.下油箱由鋼板焊接而成.在油箱壁上焊有吊攀,用以起吊整臺變壓器,油箱壁上焊有安裝板,安裝板上有安裝孔,用螺栓通過橡膠墊把變壓器固定在車體上.箱壁四周焊有一些加強筋板.箱壁上裝有壓力釋放閥,以便迅速排出箱內(nèi)過高的壓力.另外,在箱壁上還開有冷卻系統(tǒng)的進出口管道,油冷卻器就安裝或固定在箱壁上.油箱上裝有油管,用于接通油路.在油箱壁的下部裝有50活門和一個油樣活門,50活門用于注油,濾油和放油;油樣活門用于取油樣,以對變壓器油進行化驗.油箱壁上裝有壓力釋放閥.箱底的鋼板上設(shè)置多個定位釘,以對變壓器,平波電抗器定位.箱底上設(shè)有放油塞,用于放凈箱底殘存的變壓器油.箱壁多處開有長方形孔,上部的方孔是安裝出線裝置用的,下部的方孔是作為手孔用的,用于平波電抗器的底部安裝. (3) 變壓器油是從石油中提煉出來的優(yōu)質(zhì)礦物油.在油浸式變壓器中,變壓器油既是一種絕緣介質(zhì),又是一種冷卻介質(zhì).因此,對變壓器油的要求是:介質(zhì)絕緣強度高,粘度低,網(wǎng)點高,凝固點低,酸值低,灰粉等雜質(zhì)及水分少.變壓器油中只要含少量水分和雜質(zhì)就會使絕緣強度大為降低(含 0.004%水分時,絕緣強度降低約50%).此外,變壓器油在較高溫度下長期與空氣中的氧接觸時會逐漸老化,在油中生成不傳熱的懸浮物,堵塞油道,并使酸值增加,絕緣強度降低,這對變壓器的安全運行是十分不利的. (4) 主變壓器運行中產(chǎn)生的所有損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?使各部件的溫度升高,當主變壓器溫升超過規(guī)定的限值,將使絕緣損壞,直接影響主變壓器的使用壽命(20～30年).因此,主變壓器必須具有相應(yīng)的散熱能力. (5) 主變壓器各繞組的引線從油箱內(nèi)引至油箱外時,必須采用出線裝置,以便使帶電的導線與接地的油箱絕緣. 2. SS4型電力機車主變壓器運行檢修概況及色譜分析檢測情況 2.1 SS4型電力機車主變壓器運行檢修概況 這里介紹的SS4型電力機車是鐵道部株洲電力機車工廠1993年7月生產(chǎn)的SS4號機車。該機車配屬烏蘭察機務(wù)段，一直擔當烏蘭察至包頭間的貨運牽引任務(wù)。截止至目前，該機車總走行11001192km，架間走行32182km。其間此機曾兩次中修（周期修制），主變壓器等充油電器未見異常。 2.2 色譜分析檢測情況 自從2009年11月16日首次對SS4號機車A端（也稱A節(jié)）主變壓器（容量：4760kVA；油質(zhì)量：2125kg；油保護方式：開放式）進行變壓器油氣相色譜分析，發(fā)現(xiàn)油中特征氣體嚴重超過國家標準提出的注意值&*(。此后變壓器就一直處于跟蹤分析狀態(tài)，直至2010年4月我們共進行了2 次油中溶解氣體色譜分析，其檢測數(shù)據(jù)如表1所示。 表1 SS4端主變壓器油色譜分析數(shù)據(jù) 檢測日期 檢測組分 備注 H2 CO CO2 CH4 C2H2 C2H6 C2H2 C1+C2 2009.11.16 210 10 30 123 3532 2332 32 4532 首次超標 2009.11.29 21 433 656 322 4534 5324 2457 2457 2010.01.21 345 5546 2134 532 1356 4214 632 467 2010.02.11 12234 454 44245 2424 6624 244222 4556 245 慮油2h 2010.03.26 43 2454 42245 145 562 6234 4246 234 慮油4h 2010.04.10 413414 52546 6724 62245 67224 4446 24456 2445 停運檢查 3 變壓器油箱內(nèi)電器設(shè)備故障的診斷及處理檢查 3.1 故障發(fā)展趨勢分析 由表-1可以看到，檢測后的前13天（到11月29日），這臺變壓器油中特征氣體增長很快，其相對產(chǎn)氣速率為2067.8%/月。可見相對產(chǎn)氣速率遠遠大于國家標準提出的10%/月，說明變壓器油箱內(nèi)電器的故障發(fā)展趨勢是比較嚴重的。 3.2 故障性質(zhì)的診斷、處理及檢查 充油電器內(nèi)部的故障一般分為電性和熱性兩大類。我們按照國家標準推薦的“三比值法”，對11月29日測定的有關(guān)組分(H2、CH4、C2H2、C2H6、C2H2)及含量進行了比值計算。經(jīng)查對，比值編碼為“0 2 2”，所對應(yīng)的故障性質(zhì)為高于700C高溫范圍的熱故障。由于本機車的檢修周期（即第11次輔修年檢）未到，因此，作出了繼續(xù)運行的處理意見。根據(jù)機車主變壓器色譜分析周期的安排，我們于2010年1月21日（表-1）進行了第三次變壓器油中溶解氣體檢測及故障診斷。值得注意的是在此次“三比值”法中，比值的編碼已為“1 0 0”，此編碼在國家標準中不存在；我們選用“改良電協(xié)研”法進行診斷，診斷結(jié)論為“電弧放電兼過熱”。然而，仍然是檢修周期等原因，這臺機車變壓器再次繼續(xù)運行。2010年2月，對變壓器油采取了真空濾油處理（濾油過程中色譜檢測數(shù)據(jù)見表-1）后，該變壓器繼續(xù)投入運行，并于3月26日進行了色譜跟蹤分析。我們再次進行了故障性質(zhì)的診斷，診斷的結(jié)論仍然是“電弧放電兼過熱”。同時，按照對固體絕緣材料是否被破壞進行了診斷。由于CO/CO2的比值超出正常范圍(0.09下載提示(請認真閱讀)
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