对SS4型电力机车牵引变压器气相色谱法故障诊断注意值的探讨

对SS4型电力机车牵引变压器气相色谱法故障诊断注意值的探讨
要完全沿用地面变压器的故障预测标准，很难对SS4型电力机车变压器（动态开放式）潜伏性故障作出正确判断，为此作者根据多年的现场数据统计分析，提出了对SS4型电力机车气相色谱法故障诊断注意值的修改意见，供大家探讨。

标签：SS4型电力机车；色谱分析；故障诊断注意值
1 概述
现在对电力机车所用的气相色谱分析判断标准，是沿用变电站、供电段等地面变压器的分析标准，它对机车变压器（动态开放式）做出的故障预报经常与实际情况出入较大。

2 变压器结构和故障诊断的关系
电力机车使用的牵引变压器是开放式变压器。

所谓开放式变压器就是变压器油与大气相通的形式（经吸湿器），因此有时也称这种变压器为自由呼吸式变压器。

电力机车牵引变压器及容量一般在500KV A以下的电力变压器都属于这类变压器。

目前我国电气化铁路上作为牵引动力的电力机车型号较多，同时由于牵引动力的需要，电力机车的功率大小不一，因此作为电力机车变压器的容量也不同，变压器的结构也存在着一定的差异；机车一般采用单相降压变压器，变压器的结构主要由铁芯、线圈、油箱、油保护装置、冷却系统和套管等组成。

我们所要研究的是变压器的一般结构与内部故障所产生的特征气体的关系，具体的是指变压器油保护方式及变压器油循环系统与内部（磁路、导电回路等）故障的联系，这对于我们判断机车牵引变压器故障是重要的，同时故障部位的准确诊断也为检修提供了可靠的范围。

（1）铁芯：机车变压器的铁芯为芯式结构，由冷轧硅钢板构成铁芯，铁芯用夹件夹紧，夹件与硅钢片之间有油道以作为绝缘和冷却油流路径，铁芯接地点由接地片与压钉相连，正常运行状态下，变压器铁芯产生一定温升是允许的（涡流一定时），这时变压器油中特征气体的含量比较低，如果变压器铁芯夹件松动或硅钢片材质、工艺质量出现问题（如铁芯涡流过大），就会产生较高的温度，因此变压器油中特征气体的含量就高于正常状态下的含量（其中一个显著特征是油中乙烯含量的增加），此外变压器铁芯只允许一点接地，即变压器设计上接地片与压钉相连点，如果另出现接地点（如金属件脱落在铁芯与外壳或接地处）时，也会产生上述异常情况。

这类故障大多属于热性故障或称磁路故障。

（2）线圈：线圈也称绕组，机车变压器线圈一般由高压线圈、牵引线圈和辅助线圈组成，正常状态下变压器线圈发热的温度是一定的，并由此产生的特征气体的种类和含量都是一定的。

如果变压器线圈漏磁过大或产生环流，则线圈产
生的温度就高于正常状态下的温度，此时变压器油中特征气体的含量就会增加，其中乙烯和一氧化碳含量的增加比较显著，这是由于乙烯是变压器油过热的产物，而一氧化碳则是固体绝缘材料（线圈或者匝、层间的绝缘纸）裂解的产物，当线圈过热严重且时间较长就会导致匝、层间绝缘破坏，最终出现线圈匝、层间击穿或短路（往往是热性故障的最终表现形式），同时产生电弧放电的特征气体——乙炔，乙炔的出现标志故障点的温度高于1000℃。

一般来说，变压器线圈出现故障时变压器油中一氧化碳的含量比较高，因此变压器内部出现电弧放电时的特征气体乙炔时，通常根据变压器油中一氧化碳的含量来判断故障是否涉及固体绝缘材料（大多情况下指线圈），而实质上是过热引起固体绝缘劣化，导致绝缘击穿。

（3）油保护装置：机车变压器油保护装置一般包括储油柜、油表、吸湿器、温度计、净油器及油流装置等组成。

对于变压器油中溶解气体分析及诊断技术，我们现在还是沿用变电站、供电段等地面变压器的分析标准，它对机车变压器（动态、开放式）做出的故障预报经常与实际情况出入较大。

机车变压器不仅具有开放变压器的特征，而且具有动态运行的特殊性，因此变压器油中溶解气体的变化及规律更难以掌握，显然研究机车变压器油中特征气体具有现实意义。

（4）冷却系统：机车变压器采用强迫导向油循环风冷（即OFAF），由于机车容积及运行的特殊性，机车变压器油箱与冷却器（散热器）之间上端由蝶阀，油流继电器，潜油泵连接，下端由蝶阀连接，通风机安装在冷却器上，因此变压器油循环是依靠潜油泵来完成的，显然，当变压器潜油泵发生电气故障时其表现形式及故障特征与变压器几乎无差异！因此这是值得注意的情况，我们不能因为潜油泵的故障而对变压器产生误判断。

由以上内容了解到了变压器内部结构及出现故障时油中溶解气体的特征，下面就对SS4型电力机车变压器油气相色谱分析注意值给出改进建议。

3 对洛阳机务段2013年1月至2016年1月配属的82台SS4型机车的气相色谱统计数据分析
3.1 SS4型电力机车数据统计分析
洛阳机务段2013年1月至2016年1月配属的82台SS4型机车的605次数据统计分析如表1-表3所示。

从上表的数据统计分析来看：若将乙炔的注意值由大于5μL/L提高到大于15μL/L；总烃的注意值由大于150μL/L提高到大于400μL/L，它的预报准确率会分别由4.3%上升到28.1%和由5.7%上升到24.1%，并且还不会漏报，这样可大大减少检修人员的工作量。

3.2 建议对SS4型机车变压器油中溶解气体的注意值进行调整
从洛阳机务段2013年1月至2016年1月，三年间82台SS4型机车变压器
油的605次分析数据统计来看，H2<150μL/L 、C2H2<15μL/L、总烃<400μL/L、各组分绝对产气率及总烃相对产气率变化不显著时均未发现故障。

所以，结合以上数据分析，参考IEC三比值法及GB/T 7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，建议对SS4型机车变压器油中溶解气体采用如下注意值比较合适。

总烃：≥400μL/L 乙炔：≥15μL/L 氢气：<150μL/L
绝对产气速率和相对产气速率仍参照GB/T 7252-2001执行。

参考文献
[1]中华人民共和国水利电力部.SD187-86 变压器油中溶解气体分析和判断导则[M].水利电力出版社.
[2]何志.电力用油[M].水利电力出版社，1986.
[3]GB/T 7252-2001.变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].
[4]何宏群，陈应川，季建郑，等.关于电力机车主变压器油中特征气体的研究（上）[J].变压器.
作者简介：王公社（1962-），汉族，陕西礼泉县人，职务：化验室主任。