【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器潛伏性故障判斷 ............................................................................... 30 電壓互感器技術(shù)改進(jìn) ........................................................................................... 31 SF6 氣體絕緣 ............................................................................................ 31 電 子式互感器 ............................................................................................ 31 本章小結(jié) ...................................................................................................................... 32 總結(jié) .............................................................................................................................. 33 致謝 .............................................................................................................................. 34 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 35 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 第 1 章 緒論 課題研究背景 電壓互感器和變壓器是用來(lái)變換線路上的電壓的輸變電設(shè)備，它們?cè)陔娏υO(shè)備中具有非常重要的地位。 但是變壓器 是用來(lái)傳送電能的 ， 所以 一般 情況下 容量很大 。 而電壓互感器 是 變換電壓 的 ， 所以 容量很小 。它主要用于測(cè)量線路的電壓，電流以計(jì)算輸電線路輸送的功率和電能，或者在線路上的貴重設(shè)備、電機(jī)和變壓器等發(fā)生故障時(shí)起到保護(hù)作用。 電力系統(tǒng)中說(shuō)的過(guò)電壓一般是指外部過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓。雷擊中輸電線路或者運(yùn)行設(shè)備，雷擊產(chǎn)生的高電壓就會(huì)進(jìn)入電力系統(tǒng)形成外部過(guò)電壓；而在電力系統(tǒng)中對(duì)斷路器的錯(cuò)誤操作或者斷路 器發(fā)生故障都會(huì)將電網(wǎng)內(nèi)部的電磁能量轉(zhuǎn)化為過(guò)電壓并傳遞到電力系統(tǒng)中形成內(nèi)部過(guò)電壓。 內(nèi)部過(guò)電壓 特點(diǎn)是 時(shí)間長(zhǎng) 、 頻率高 、 頻譜寬， 而 外部過(guò)電壓 相較內(nèi)部過(guò)電壓則有 幅值較高、波頭較陡 等特點(diǎn) 。近些年由于大力發(fā)展電力機(jī)車，機(jī)車功率的增大機(jī)車種類的增多，電網(wǎng)中產(chǎn)生多種諧波時(shí)刻影響機(jī)車的正常運(yùn)行。機(jī)車再生制動(dòng)工況時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能返還電網(wǎng)。而產(chǎn)生了多種諧波，從而也影響到了電網(wǎng)環(huán)境，高次諧波對(duì)于機(jī)車有很大危害。 目前國(guó)內(nèi)引進(jìn) HXD 型機(jī)車后，高壓互感器頻繁出現(xiàn)故障。然而出現(xiàn)故障的高壓互感器不單單是 HXD 型機(jī)車，韶山系列機(jī)車也出現(xiàn)了累似 故障。由于諧波的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了高壓互感器的使用情況 ， 所以采取了濾波的方法來(lái)治理此類故障。目前國(guó)內(nèi) HXD 型機(jī)車 主要采用 加裝 濾波器 的方式防范產(chǎn)生 過(guò)電壓， 同時(shí)采用 氣體放電管、壓敏電阻等器件 對(duì)電壓互感器進(jìn)行保護(hù)。為了避免由于 2 次濾波器參數(shù)和位置的選取不當(dāng)引發(fā)的事故，必須對(duì)濾波器進(jìn)行優(yōu)化，使其與被保護(hù)對(duì)象更好的配合。使濾波器能夠結(jié)合被保護(hù)對(duì)象，觀察 研究 其 電磁暫態(tài) 有利于優(yōu)化濾波器的安裝位置和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。在實(shí)際的電力系統(tǒng)中過(guò)電壓的波形難以收集導(dǎo)致在故障診斷時(shí)數(shù)據(jù)缺少而難以判斷故障發(fā)生的原因，所以對(duì)系統(tǒng)中過(guò)電壓波形的 采集分析十分重要，它是處理事故的重要依據(jù)。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)代設(shè)計(jì) 是 將可靠性設(shè)計(jì)、有限元 分析 、和優(yōu)化設(shè)計(jì)這三類 相對(duì)成熟的 技術(shù)進(jìn)行 交叉應(yīng)用和 有機(jī)結(jié)合 后發(fā)展出來(lái)的獨(dú)特的設(shè)計(jì)方案，它較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案更為經(jīng)濟(jì)合理。 電壓互感器 有一套非常成熟的理論研究，它的原理也相對(duì)簡(jiǎn)單 ， 通過(guò) 國(guó)內(nèi)外科技文獻(xiàn)報(bào)道和用戶的反饋信息可以預(yù)見(jiàn) 電壓互感器會(huì)往 小型化 發(fā)展?；ジ衅鞯男⌒突梢栽诠?jié)約材料和空間的同時(shí)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，使用也會(huì)更為方便。另外 根據(jù)電壓互感器的用途、使用場(chǎng)合以及更新?lián)Q代速度來(lái)對(duì)電壓互感器的使用壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)也 是至關(guān)重要的，合適設(shè)計(jì)互感器的使用壽命有利于節(jié)約材料和成本。 本文研究思路 （ 1） 本文利用已知的互感器相關(guān)參數(shù)結(jié)合互感器在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的故障，對(duì)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，從而找到故障發(fā)生的根本原因并由此提出合理的改進(jìn)和防范措施。 （ 2） 分析 機(jī)車運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)中諧波的情況和 諧波產(chǎn)生的 原因，主要研究再生制動(dòng)工況下諧波的情況并通過(guò)相關(guān)計(jì)算方法計(jì)算出諧波電壓、電流之間的關(guān)系， 并分析具體 的 某次諧波 對(duì) 電壓互感器 造成的影響 ，從而提出 可靠的 方法。 （ 3） 統(tǒng)計(jì)和分析 電壓互感器 的 各項(xiàng)數(shù)據(jù) 并 計(jì)算出各個(gè) 量 的正常范圍， 從數(shù)值的異常來(lái)推導(dǎo)出可能存在的 故障，提出相應(yīng)解決辦法從而防范于未然。 第 3 頁(yè) 第 2 章電壓互感器以及常見(jiàn)故障 TBY125 型電壓互感器 結(jié)構(gòu)為油浸式，互感器采用了絕緣性能良好的線圈，繞組一端與高電壓相連，另一端接地，是電力機(jī)車的專用電壓互感器，具有良好的耐震性。 參數(shù) 型號(hào) : TBY125 輸入電壓 ： 25000V/50Hz 輸出電壓 : 100V/50Hz 準(zhǔn)確級(jí)次 : 級(jí) 二次額定輸出 : 20VA 功率因數(shù)： 結(jié)構(gòu) TBY125 型高壓電壓互感器主要由線圈組、鐵心、油箱等部分組成 ,它的 外形圖 如圖 21 所示： 圖 21 外形圖 互感器的 線圈和鐵心 組裝在一起后 經(jīng) 過(guò) 干燥處理 并 裝入油箱 ，線 圈在油箱內(nèi)臥式放置 在 45 號(hào)變壓油中。 互感器的 高壓一次側(cè)由磁套引出 ,低壓二次 側(cè)則由 線圈 抽 頭 a x1 及高壓一次線圈 的 X端子、接地屏出線端子經(jīng) 套管引出。 第 4 頁(yè) 為了 避免由于懸浮電位造成 的 放電現(xiàn)象 ，電壓 互感器 的 油箱外部經(jīng)過(guò)接地螺栓可靠接地。箱蓋上有油位表 ,并用紅色 油漆在顯著位置標(biāo)明溫度下油位 ， 箱體上有注油裝置 ,箱蓋上有補(bǔ)油裝置。 為 保證油箱內(nèi)氣壓與外界大氣壓強(qiáng)相等 在 互感器內(nèi) 部 裝 設(shè)了 一個(gè)呼吸器 聯(lián)通內(nèi)外大氣，并在 呼吸器內(nèi) 部 裝 載 硅膠 以 保持因環(huán)境溫度及油溫變化時(shí)呼入或排出空氣的干燥 。為 防 止 互感器 因?yàn)?內(nèi)部短路或其它原因引起 的 爆炸 ， 在箱蓋上裝 設(shè)一個(gè) 開(kāi)壓力為 (35177。 5)kPa、 關(guān)閉壓力為 19kPa 的 壓力釋放閥 。如圖 22 所示為電壓互感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖： 圖 22 結(jié)構(gòu)圖 油位計(jì) 壓力平衡閥 油樣觀察口 初級(jí)低壓引出套管和次級(jí)引出套管 緊固螺栓 油箱 干燥管 高壓引入套管 箱蓋 原理 可以把 高壓電壓 互感器 看作是一種只對(duì)電壓進(jìn)行變換的變壓器，它 利用電磁感應(yīng) 的 原理把一次測(cè)的高電壓變換為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量電壓。 如圖 23 所示為互感器的 原理 接線圖 ： 第 5 頁(yè) a1 x1AX 圖 23 接線圖 常見(jiàn)故障分析 對(duì) 不同車型的電壓互感器 的 故障情況進(jìn)行分析，了解故障發(fā)生的原因 并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施以 提高機(jī)車運(yùn)行 的 穩(wěn)定性和安全性。 常見(jiàn)的電壓互感器故障有以下幾點(diǎn) ： (1)HXD 機(jī)車 采 用的高壓電壓互感器 的工作原理 與普通電壓互感器 相同，都是根據(jù)互感器線圈原邊和副邊的匝數(shù)比來(lái)確定兩邊電壓的比值，但 由于 互感器的材料、結(jié)構(gòu)、容量和誤差范圍不同而 分別 承擔(dān) 了 不同的任務(wù) ，為機(jī)車的穩(wěn)定運(yùn)行提供了條件 。 高壓電壓互感器的主要任務(wù)是檢測(cè)機(jī)車的網(wǎng)壓數(shù)據(jù) ， 如果高壓電壓互感器的一次側(cè)線圈出現(xiàn)絕緣破損、匝間短路 或者 擊穿 、 部分線圈的短路 都會(huì) 導(dǎo)致互感器原邊的匝數(shù)變少，從而導(dǎo)致原邊和副邊比例減小而增大副邊電壓， 高壓互感器測(cè)出的網(wǎng)壓 就是 高于 網(wǎng)壓的實(shí)際值 。在機(jī)車持續(xù)運(yùn)行時(shí)，機(jī)車 CCU和 TCU 所記錄的網(wǎng)壓數(shù)據(jù)高于實(shí)際值表征為連續(xù)的網(wǎng)壓異常和超高 ， 如果 沒(méi)有 及時(shí)維護(hù)檢修 而 持續(xù)運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重?zé)龤щ妷夯ジ衅魃踔?導(dǎo)致互感器的 爆炸。 （ 2）高壓互感器外部連接螺栓、絕緣包扎和變壓器油都 處于 正常狀態(tài) 時(shí)， 但互感器散發(fā)出的 刺鼻異味 和 線圈溫度 的 異常 則 可能 是因?yàn)?線圈內(nèi)部局部出現(xiàn)匝間擊穿。如果 機(jī)車在 這時(shí) 候 升弓， 25KV的高 壓通過(guò)故障的互感器會(huì)導(dǎo)致線圈溫度急速上升，變壓器油 在高 溫下 氣化 急劇 膨脹從互感器下部噴出，電壓互感器冒煙故障，而不能正常工作，機(jī)車也會(huì)因?yàn)椴荒芙邮?網(wǎng)壓 而無(wú)法正常工作 。 高壓電壓互感器 的 繞組匝間短路 或 接地 會(huì)導(dǎo) 致機(jī)車跳主斷 、 網(wǎng)壓 無(wú)法 顯示，同時(shí)導(dǎo)致接觸網(wǎng)跳閘， 這時(shí) 司機(jī) 會(huì) 降下受電弓繼續(xù)維持 列車 運(yùn)行 ，進(jìn)站停車 。如果 沒(méi)有 及時(shí)確認(rèn)故障 的 原因而 貿(mào)然 升弓 讓列車 運(yùn)行會(huì)引 發(fā)一系列 事故 ，互感器的 第 6 頁(yè) 一次側(cè)繞組 被 燒損， 如果 二次側(cè)繞組正常， 那么 這時(shí)一次側(cè)繞組是接地的，盲目升弓 會(huì) 使接觸網(wǎng)直接接地 ， 接地電流燒斷接觸網(wǎng)，接觸網(wǎng)斷電。 （ 3） 互感器的 二次側(cè)引出線斷線 會(huì) 導(dǎo)致網(wǎng)壓信號(hào)不能輸入車內(nèi)，從 而使機(jī)車微機(jī)柜中 沒(méi)有 機(jī)車移相同步變壓器的同步信號(hào) 輸 入 而 導(dǎo)致微機(jī)柜封鎖脈沖，使機(jī)車出現(xiàn)無(wú)流無(wú)壓的情況。機(jī)車網(wǎng)壓表無(wú)接觸網(wǎng)電壓顯示，機(jī)車不能正常運(yùn)行。 常見(jiàn)故障防范措施 在機(jī)車大修時(shí)，廠家對(duì)高壓互感器進(jìn)行更換。高壓互感器不能當(dāng)作一般電器處理，按照變壓器的標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)高壓互感器進(jìn)行評(píng)測(cè)。提高材料等級(jí)，即 原設(shè)計(jì)的 E級(jí)絕緣提升為 200級(jí)，線圈電磁線外包絕緣級(jí)采用 200級(jí)，層間絕緣為 200級(jí)及環(huán)氧樹(shù)脂使用耐熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好等的產(chǎn)品，通過(guò)材料改進(jìn)達(dá)到整體絕緣強(qiáng)度和機(jī)械性能提高的目的。 加強(qiáng)高壓電 壓互感器管理工作，嚴(yán)格按照規(guī)范對(duì)高壓互感器按時(shí)進(jìn)行檢修，進(jìn)行色譜分析，油樣采集。對(duì)出現(xiàn)故障的機(jī)車嚴(yán)格進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，殘次的高壓互感器嚴(yán)禁上車 。 本章小結(jié) 本章是對(duì) HXD型電力機(jī)車常用的一種互感器進(jìn)行一些介紹， TBY125型高壓電壓互感器 。也對(duì)這種電壓互感器所經(jīng)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行了總結(jié)和分析。也對(duì)這些常出現(xiàn)的故障提出了一些防范措施。和諧型機(jī)車在全國(guó)范圍內(nèi)大面積推廣使用的大趨勢(shì)下，電壓互感器技術(shù)的改進(jìn)對(duì)于和諧型機(jī)車在全國(guó)各地的路況中使用尤為重要。 如果 沒(méi)有 及時(shí)維護(hù)檢修 而 持續(xù)運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重?zé)龤щ妷夯ジ衅魃踔?導(dǎo) 致互感器的 爆炸。 所以保障高壓互感器的正常運(yùn)作對(duì)于機(jī)車順利的完成運(yùn)行任務(wù)非常重要。機(jī)車的大修中可以對(duì)高壓互感器進(jìn)行更換。高規(guī)格的對(duì)互感器進(jìn)行評(píng)測(cè)。許多機(jī)車研發(fā)單位也對(duì)新出廠的高壓互感器提升了絕緣等級(jí) 。加強(qiáng)高壓電壓互感器管理工作，嚴(yán)格按照規(guī)范對(duì)高壓互感器按時(shí)進(jìn)行檢修，進(jìn)行色譜分析，油樣采集。對(duì)出現(xiàn)故障的機(jī)車嚴(yán)格進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，殘次的高壓互感器嚴(yán)禁上車 。 第 7 頁(yè) 第 3 章 機(jī)車運(yùn)行時(shí) 諧波 測(cè)試 隨著 HXD 機(jī)車 的運(yùn)用。 電壓互感器 頻繁出現(xiàn)故障， 不單單 是 HXD類型 機(jī)車 的電壓互感器出現(xiàn)故障。 韶山 機(jī)車也會(huì)出現(xiàn)很多故障。 經(jīng)過(guò)測(cè)試 這些故 障的產(chǎn)生原因都與機(jī)車運(yùn)行而產(chǎn)生的諧波有重要關(guān)聯(lián)。本章 從一些 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)分析高次諧波對(duì)于 電壓 互感器的 影響 。 諧波測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)論 監(jiān)測(cè)、采集 HXd3 交流傳動(dòng)電力機(jī)車運(yùn)行區(qū)間時(shí)的接觸電網(wǎng)電壓、電流波形及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)諧波數(shù)據(jù)，分析由 HXd3 交流傳動(dòng)電力機(jī)車產(chǎn)生的高次諧波對(duì)運(yùn)行在該區(qū)間直流電力機(jī)車的影響（目前主要表現(xiàn)為牽引繞組過(guò)電壓吸收 RC 支路電流增大，發(fā)熱嚴(yán)重），對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及諧波量化指標(biāo)分析，找出諧波影響的關(guān)鍵因素點(diǎn)（頻率點(diǎn)、機(jī)車狀態(tài)點(diǎn)、區(qū)域點(diǎn)），為采取有效的諧波抑制、治理措施及制定合理的解決方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 依據(jù)。 表 31 測(cè)試情況表 區(qū)段 時(shí)間 機(jī)車狀態(tài) RC 電流（有效值）及電壓諧波情況 備注 AB 11:58:3712:18:37 SS497 、HXD30175 、HXD30634 空載停車。 12:15:52 SS497 開(kāi)始牽引； 12:16:09 HXD30634 開(kāi)始牽引，