王宇

摘 要：牽引變電所是電氣化鐵路供電系統(tǒng)的心臟，是發(fā)電廠到電力機車之間的重要環(huán)節(jié)之一，主要由牽引變壓器和相應的配電裝置構成。牽引變壓器的作用是將110 kV（220 kV）的三相交流電變換成27.5 kV（55 kV）的單相交流電。變壓器的運行是否安全可靠，關系著牽引供電系統(tǒng)能否正常運行工作。因此，牽引變壓器運行維護必須合理，盡可能消除或減少故障，提高牽引變壓器運行的可靠性。分析牽引變壓器的常見故障和產(chǎn)生原因，研究狀態(tài)監(jiān)測的現(xiàn)狀和存在的問題，對于牽引變壓器運行維護有一定的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：牽引變壓器；故障診斷；檢測技術；存在的問題

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0010-02

1 牽引變壓器故障和監(jiān)測

牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)中的電壓轉換設備，它一旦發(fā)生事故，恢復所需時間較長，產(chǎn)生的后果也比較嚴重。

目前，我國的變壓器設計水平、制造工藝和相關材料的應用已經(jīng)取得很大進步，這也使得現(xiàn)在的牽引變壓器工作可靠性越來越好，但是由于其應用環(huán)境的復雜性不斷增多、牽引負荷的突變性增強，依然會有一些預料不到的事故發(fā)生。

1.1 牽引變壓器故障發(fā)生的原因

造成變壓器故障的原因有很多，大致有這幾種：①在牽引變壓器制造過程中，廠家設計出現(xiàn)問題、材料選擇不恰當和制造質(zhì)量的缺陷等都會使變壓器發(fā)生故障。②在設備運行過程中，由其他設備故障引起的最常見的就是各種過電壓的威脅，主要是外部過電壓和內(nèi)部過電壓，其中外部過電壓主要是指雷擊或感應電。過電壓的作用時間雖短，但它的數(shù)值卻是變壓器正常工作電壓的幾百甚至幾千倍，所以容易損壞變壓器絕緣，使變壓器不能正常工作。③在設備維修環(huán)節(jié)中，操作人員的業(yè)務素質(zhì)參差不齊、工作狀態(tài)不同，在維護過程中操作不當會造成變壓器個別部位短路，或者出現(xiàn)突發(fā)性過負荷，這種維修人員的誤操作也是造成變壓器故障的原因之一。④牽引變壓器產(chǎn)品本身的不可抗因素造成故障。比如，絕緣老化——任何一種絕緣材料都會有自然老化現(xiàn)象，最常出現(xiàn)的情況是變壓器長時間過負荷或短路運行，造成內(nèi)部出現(xiàn)局部放電、過熱等異?，F(xiàn)象時，就會大大加速變壓器絕緣材料的老化，進而引發(fā)絕緣故障。

1.2 牽引變壓器故障診斷

工作中的牽引變壓器發(fā)生故障時，一般會伴隨著多種不正常的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以轉化為多種信號，比如，光信號、溫度信號等。故障診斷就是通過采集牽引變壓器的這些異常狀態(tài)信息，把這些狀態(tài)信息利用計算機等高科技設備和手段進行對比分析，然后判斷出故障的具體特性。

診斷故障的目的不僅僅是發(fā)現(xiàn)問題，最主要是為了檢測出故障產(chǎn)生的部位和輕微故障的發(fā)展程度，以便于檢修部門采取相應措施來消除故障，從而防止變壓器因故障加重損壞而停運，更重要的是，可以發(fā)現(xiàn)變壓器運行中的一些問題，為今后改進維護方法和修訂舊的操作規(guī)程提供現(xiàn)實依據(jù)，同時還可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品本身的質(zhì)量缺陷，為廠家改進設計方法和提高制造工藝提供技術支持。綜上所述，加強對牽引變壓器絕緣狀態(tài)的監(jiān)測和管理，對于發(fā)生意外事故時快速確定故障性質(zhì)和部位是很有指導意義的。

2 牽引變壓器故障檢測的現(xiàn)實狀況

近年來，電氣化鐵路發(fā)展進入高潮期，隨著客運高速化和貨運重載化趨勢的增強，對主變壓器容量的要求越來越高，對其可靠性的要求也越來越高，對各個鐵路局的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益指標的要求也在不斷提高。因此，改革現(xiàn)有的維修制度是非常重要的議題。各個鐵路局供電段在現(xiàn)行的定期修制度和停電狀態(tài)下試驗所產(chǎn)生的問題也越來越多，主要有：①維修人員往往會按部就班地對照定期修制度，對多數(shù)完好設備進行定期檢修，經(jīng)常會出現(xiàn)過度維修、盲目維修和維修過剩的現(xiàn)象。這樣做，維修資源浪費且不說，最關鍵的是這種維修方式還有可能引發(fā)一些新的故障，使原本正常工作的設備陷入故障隱患的泥潭。②由于變壓器的一些連接部件本身容易發(fā)生故障或一些性能缺陷（比如絕緣缺陷），定期修不能及時發(fā)現(xiàn)隱患，這樣進行檢修最終會出現(xiàn)重大故障。所以，維修部門要關注高壓電氣設備的狀態(tài)維修（簡稱狀態(tài)修）的研究和應用推廣。

2.1 狀態(tài)維修（狀態(tài)修）的基本認識

牽引變壓器等高壓電氣設備的狀態(tài)修主要是以高壓設備當前的工作狀態(tài)和技術參數(shù)作為依據(jù)，結合成熟的狀態(tài)監(jiān)測手段來對設備的好壞進行判斷。這樣做最大的好處是可以把握住最佳維修時期，提高維修的效率。最終目標是確保變壓器安全、穩(wěn)定運行，避免設備運行損壞。狀態(tài)修的首要任務是監(jiān)測變壓器是否有故障，監(jiān)測軟件就是完成這個功能的。它包含的專家系統(tǒng)能夠?qū)⑺鶞y得的振動水平和一系列預設的報警值進行比較。用戶需要仔細分析它所提供的“異常報告”，從而確定什么位置可能有故障。對牽引變壓器而言，就是要根據(jù)其運行工況、電流、電壓、負荷功率和溫度等信號量來判斷系統(tǒng)的健康狀況，根據(jù)健康狀況決定是否需要檢修、怎樣檢修及如何提高設備的可靠性和利用率。

2.2 變壓器氣相色譜分析

當前鐵路牽引供電系統(tǒng)中變壓器均采用油浸式變壓器（自冷和風冷兩種），內(nèi)部的絕緣油和有機合成材料在電磁轉換過程中產(chǎn)生的熱量，會慢慢劣質(zhì)化和分解，產(chǎn)生少量的各種低分子烴類和碳氧化物氣體等。產(chǎn)生的這類氣體大部分能溶解在油中，但當存在隱蔽性過熱或異常放電時，這些氣體的產(chǎn)生速度就會明顯增加。當產(chǎn)氣量大于溶解量時，便有一部分氣體進入油氣繼電器。色譜分析法就是通過監(jiān)測和分析氣體的具體構成和濃度，來判斷變壓器內(nèi)部是否存在過熱性故障等。利用這種方法能及時找出變壓器在哪里有了故障和故障的輕重，這對于實際維修工作具有很強的現(xiàn)實意義，因此得到廣泛應用。

2.3 變壓器局部放電監(jiān)測

國內(nèi)外開展了大量的研究工作，其中對變壓器郵箱內(nèi)局部放電的監(jiān)測取得了很大的進展，其方法主要有：用超聲波傳聲器檢測音響脈沖的音響法和伴隨放電檢測電流脈沖的電流法。一般為了防止外部噪聲的干擾，最好是將音響法和電流法并用。其基點是以音響脈沖和電流脈沖同步來判斷局部放電，以它時間上的偏移量來確定放電的位置。另外，還有其他方法分別是利用局部放電過程中產(chǎn)生的超聲波信號、光信號、化學物質(zhì)和電信號等來進行的光學測量、化學測量和電學測量等，這些方法也有一定的市場應用。