【文章內容簡介】 器潛伏性故障判斷 ............................................................................... 30 電壓互感器技術改進 ........................................................................................... 31 SF6 氣體絕緣 ............................................................................................ 31 電 子式互感器 ............................................................................................ 31 本章小結 ...................................................................................................................... 32 總結 .............................................................................................................................. 33 致謝 .............................................................................................................................. 34 參考文獻 ...................................................................................................................... 35 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 第 1 章 緒論 課題研究背景 電壓互感器和變壓器是用來變換線路上的電壓的輸變電設備，它們在電力設備中具有非常重要的地位。 但是變壓器 是用來傳送電能的 ， 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 。它主要用于測量線路的電壓，電流以計算輸電線路輸送的功率和電能，或者在線路上的貴重設備、電機和變壓器等發(fā)生故障時起到保護作用。 電力系統(tǒng)中說的過電壓一般是指外部過電壓和內部過電壓。雷擊中輸電線路或者運行設備，雷擊產(chǎn)生的高電壓就會進入電力系統(tǒng)形成外部過電壓；而在電力系統(tǒng)中對斷路器的錯誤操作或者斷路 器發(fā)生故障都會將電網(wǎng)內部的電磁能量轉化為過電壓并傳遞到電力系統(tǒng)中形成內部過電壓。 內部過電壓 特點是 時間長 、 頻率高 、 頻譜寬， 而 外部過電壓 相較內部過電壓則有 幅值較高、波頭較陡 等特點 。近些年由于大力發(fā)展電力機車，機車功率的增大機車種類的增多，電網(wǎng)中產(chǎn)生多種諧波時刻影響機車的正常運行。機車再生制動工況時動能轉化成電能返還電網(wǎng)。而產(chǎn)生了多種諧波，從而也影響到了電網(wǎng)環(huán)境，高次諧波對于機車有很大危害。 目前國內引進 HXD 型機車后，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 型機車，韶山系列機車也出現(xiàn)了累似 故障。由于諧波的產(chǎn)生嚴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治理此類故障。目前國內 HXD 型機車 主要采用 加裝 濾波器 的方式防范產(chǎn)生 過電壓， 同時采用 氣體放電管、壓敏電阻等器件 對電壓互感器進行保護。為了避免由于 2 次濾波器參數(shù)和位置的選取不當引發(fā)的事故，必須對濾波器進行優(yōu)化，使其與被保護對象更好的配合。使濾波器能夠結合被保護對象，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技術指標。在實際的電力系統(tǒng)中過電壓的波形難以收集導致在故障診斷時數(shù)據(jù)缺少而難以判斷故障發(fā)生的原因，所以對系統(tǒng)中過電壓波形的 采集分析十分重要，它是處理事故的重要依據(jù)。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 國內外技術發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)代設計 是 將可靠性設計、有限元 分析 、和優(yōu)化設計這三類 相對成熟的 技術進行 交叉應用和 有機結合 后發(fā)展出來的獨特的設計方案，它較傳統(tǒng)的設計方案更為經(jīng)濟合理。 電壓互感器 有一套非常成熟的理論研究，它的原理也相對簡單 ， 通過 國內外科技文獻報道和用戶的反饋信息可以預見 電壓互感器會往 小型化 發(fā)展。互感器的小型化可以在節(jié)約材料和空間的同時取得最大的經(jīng)濟效益，使用也會更為方便。另外 根據(jù)電壓互感器的用途、使用場合以及更新?lián)Q代速度來對電壓互感器的使用壽命進行設計也 是至關重要的，合適設計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參數(shù)結合互感器在實際應用中產(chǎn)生的故障，對故障產(chǎn)生的原因進行分析，從而找到故障發(fā)生的根本原因并由此提出合理的改進和防范措施。 （ 2） 分析 機車運行時電網(wǎng)中諧波的情況和 諧波產(chǎn)生的 原因，主要研究再生制動工況下諧波的情況并通過相關計算方法計算出諧波電壓、電流之間的關系， 并分析具體 的 某次諧波 對 電壓互感器 造成的影響 ，從而提出 可靠的 方法。 （ 3） 統(tǒng)計和分析 電壓互感器 的 各項數(shù)據(jù) 并 計算出各個 量 的正常范圍， 從數(shù)值的異常來推導出可能存在的 故障，提出相應解決辦法從而防范于未然。 第 3 頁 第 2 章電壓互感器以及常見故障 TBY125 型電壓互感器 結構為油浸式，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，是電力機車的專用電壓互感器，具有良好的耐震性。 參數(shù) 型號 : TBY125 輸入電壓 ： 25000V/50Hz 輸出電壓 : 100V/50Hz 準確級次 : 級 二次額定輸出 : 20VA 功率因數(shù)： 結構 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 干燥處理 并 裝入油箱 ，線 圈在油箱內臥式放置 在 45 號變壓油中。 互感器的 高壓一次側由磁套引出 ,低壓二次 側則由 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 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 油漆在顯著位置標明溫度下油位 ， 箱體上有注油裝置 ,箱蓋上有補油裝置。 為 保證油箱內氣壓與外界大氣壓強相等 在 互感器內 部 裝 設了 一個呼吸器 聯(lián)通內外大氣，并在 呼吸器內 部 裝 載 硅膠 以 保持因環(huán)境溫度及油溫變化時呼入或排出空氣的干燥 。為 防 止 互感器 因為 內部短路或其它原因引起 的 爆炸 ， 在箱蓋上裝 設一個 開壓力為 (35177。 5)kPa、 關閉壓力為 19kPa 的 壓力釋放閥 。如圖 22 所示為電壓互感器的結構簡圖： 圖 22 結構圖 油位計 壓力平衡閥 油樣觀察口 初級低壓引出套管和次級引出套管 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 看作是一種只對電壓進行變換的變壓器，它 利用電磁感應 的 原理把一次測的高電壓變換為標準測量電壓。 如圖 23 所示為互感器的 原理 接線圖 ： 第 5 頁 a1 x1AX 圖 23 接線圖 常見故障分析 對 不同車型的電壓互感器 的 故障情況進行分析，了解故障發(fā)生的原因 并提出相應的改進措施以 提高機車運行 的 穩(wěn)定性和安全性。 常見的電壓互感器故障有以下幾點 ： (1)HXD 機車 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)比來確定兩邊電壓的比值，但 由于 互感器的材料、結構、容量和誤差范圍不同而 分別 承擔 了 不同的任務 ，為機車的穩(wěn)定運行提供了條件 。 高壓電壓互感器的主要任務是檢測機車的網(wǎng)壓數(shù)據(jù) ， 如果高壓電壓互感器的一次側線圈出現(xiàn)絕緣破損、匝間短路 或者 擊穿 、 部分線圈的短路 都會 導致互感器原邊的匝數(shù)變少，從而導致原邊和副邊比例減小而增大副邊電壓， 高壓互感器測出的網(wǎng)壓 就是 高于 網(wǎng)壓的實際值 。在機車持續(xù)運行時，機車 CCU和 TCU 所記錄的網(wǎng)壓數(shù)據(jù)高于實際值表征為連續(xù)的網(wǎng)壓異常和超高 ， 如果 沒有 及時維護檢修 而 持續(xù)運行會嚴重燒毀電壓互感器甚至 導致互感器的 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， 但互感器散發(fā)出的 刺鼻異味 和 線圈溫度 的 異常 則 可能 是因為 線圈內部局部出現(xiàn)匝間擊穿。如果 機車在 這時 候 升弓， 25KV的高 壓通過故障的互感器會導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，機車也會因為不能接受 網(wǎng)壓 而無法正常工作 。 高壓電壓互感器 的 繞組匝間短路 或 接地 會導 致機車跳主斷 、 網(wǎng)壓 無法 顯示，同時導致接觸網(wǎng)跳閘， 這時 司機 會 降下受電弓繼續(xù)維持 列車 運行 ，進站停車 。如果 沒有 及時確認故障 的 原因而 貿(mào)然 升弓 讓列車 運行會引 發(fā)一系列 事故 ，互感器的 第 6 頁 一次側繞組 被 燒損， 如果 二次側繞組正常， 那么 這時一次側繞組是接地的，盲目升弓 會 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 二次側引出線斷線 會 導致網(wǎng)壓信號不能輸入車內，從 而使機車微機柜中 沒有 機車移相同步變壓器的同步信號 輸 入 而 導致微機柜封鎖脈沖，使機車出現(xiàn)無流無壓的情況。機車網(wǎng)壓表無接觸網(wǎng)電壓顯示，機車不能正常運行。 常見故障防范措施 在機車大修時，廠家對高壓互感器進行更換。高壓互感器不能當作一般電器處理，按照變壓器的標準要求對高壓互感器進行評測。提高材料等級，即 原設計的 E級絕緣提升為 200級，線圈電磁線外包絕緣級采用 200級，層間絕緣為 200級及環(huán)氧樹脂使用耐熱性好、機械強度高、絕緣性能好等的產(chǎn)品，通過材料改進達到整體絕緣強度和機械性能提高的目的。 加強高壓電 壓互感器管理工作，嚴格按照規(guī)范對高壓互感器按時進行檢修，進行色譜分析，油樣采集。對出現(xiàn)故障的機車嚴格進行嚴格監(jiān)控，殘次的高壓互感器嚴禁上車 。 本章小結 本章是對 HXD型電力機車常用的一種互感器進行一些介紹， TBY125型高壓電壓互感器 。也對這種電壓互感器所經(jīng)常出現(xiàn)的故障進行了總結和分析。也對這些常出現(xiàn)的故障提出了一些防范措施。和諧型機車在全國范圍內大面積推廣使用的大趨勢下，電壓互感器技術的改進對于和諧型機車在全國各地的路況中使用尤為重要。 如果 沒有 及時維護檢修 而 持續(xù)運行會嚴重燒毀電壓互感器甚至 導 致互感器的 爆炸。 所以保障高壓互感器的正常運作對于機車順利的完成運行任務非常重要。機車的大修中可以對高壓互感器進行更換。高規(guī)格的對互感器進行評測。許多機車研發(fā)單位也對新出廠的高壓互感器提升了絕緣等級 。加強高壓電壓互感器管理工作，嚴格按照規(guī)范對高壓互感器按時進行檢修，進行色譜分析，油樣采集。對出現(xiàn)故障的機車嚴格進行嚴格監(jiān)控，殘次的高壓互感器嚴禁上車 。 第 7 頁 第 3 章 機車運行時 諧波 測試 隨著 HXD 機車 的運用。 電壓互感器 頻繁出現(xiàn)故障， 不單單 是 HXD類型 機車 的電壓互感器出現(xiàn)故障。 韶山 機車也會出現(xiàn)很多故障。 經(jīng)過測試 這些故 障的產(chǎn)生原因都與機車運行而產(chǎn)生的諧波有重要關聯(lián)。本章 從一些 測試現(xiàn)場數(shù)據(jù)來分析高次諧波對于 電壓 互感器的 影響 。 諧波測試數(shù)據(jù)結論 監(jiān)測、采集 HXd3 交流傳動電力機車運行區(qū)間時的接觸電網(wǎng)電壓、電流波形及實時動態(tài)諧波數(shù)據(jù)，分析由 HXd3 交流傳動電力機車產(chǎn)生的高次諧波對運行在該區(qū)間直流電力機車的影響（目前主要表現(xiàn)為牽引繞組過電壓吸收 RC 支路電流增大，發(fā)熱嚴重），對數(shù)據(jù)進行處理及諧波量化指標分析，找出諧波影響的關鍵因素點（頻率點、機車狀態(tài)點、區(qū)域點），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數(shù)據(jù) 依據(jù)。 表 31 測試情況表 區(qū)段 時間 機車狀態(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 開始牽引； 12:16:09 HXD30634 開始牽引，