言 果

(南車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南株洲412001)

0 引言

目前在線路上運(yùn)行的大功率和諧機(jī)車中，電力電容器成為了機(jī)車上不可或缺的重要部件之一。從電容器在機(jī)車上使用的功能來(lái)分，主要分為支撐電容器和二次濾波電容器。支撐電容器的作用是穩(wěn)定中間直流電壓，提供瞬時(shí)能量交換，與電源及負(fù)載交換無(wú)功，對(duì)于IGBT/IPM 牽引變流器，支撐電容器通過(guò)低感母排與IGBT/IPM 并聯(lián)，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。二次諧振濾波電容作用是濾除單相四象限脈沖整流器輸出的二次電流，穩(wěn)定中間直流電壓。

1 機(jī)車上電力電容器的特點(diǎn)

由于機(jī)車運(yùn)行環(huán)境的特殊性，對(duì)電容器提出了極高的可靠性要求，需要耐受劇烈的振動(dòng)，能在苛刻的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。目前，機(jī)車上使用的電力電容器大多是采用真空注油工藝而成的自愈式金屬化薄膜電容器。該電容器主材采用聚丙烯膜為介質(zhì)，表面蒸鍍了一層帶花紋的薄金屬作為導(dǎo)電電極。當(dāng)通過(guò)電容的電壓過(guò)高時(shí)，聚丙烯膜的薄弱點(diǎn)將被擊穿，擊穿點(diǎn)周圍的金屬導(dǎo)體迅速分解蒸發(fā)，形成金屬鍍層空白區(qū)，同時(shí)擊穿點(diǎn)迅速恢復(fù)絕緣，從而大大提高了電容的可靠性。

雖然目前電力電容器使用的膜可靠性比較高，但若發(fā)生故障，仍有可能造成機(jī)破風(fēng)險(xiǎn)，甚至帶來(lái)安全隱患，所以進(jìn)一步提高電容器的可靠性和安全性成了機(jī)車運(yùn)行上新的要求。

2 電力電容器的主要故障分析

電力電容器的主要故障表現(xiàn)為鼓肚、滲油、極間短路、極殼短路等。

2.1 鼓肚

在運(yùn)行過(guò)程中，若電容器過(guò)熱，將導(dǎo)致電容器內(nèi)部的膜、油分解“汽化”，從而使電容器內(nèi)部壓力增大，在外部的表現(xiàn)為電容器鼓肚。一旦電容器內(nèi)瞬間壓力增加過(guò)大，將可能引起電容器的裂開或爆炸，給行車安全帶來(lái)很大的隱患。分析其產(chǎn)生的原因主要有:①過(guò)電流或線路諧波含量大，造成電容器在運(yùn)行中溫升過(guò)高。②電容器在制造過(guò)程中，可能出現(xiàn)焊點(diǎn)焊錫與噴金層連接不可靠，連接線載流量過(guò)小，或散熱效果差等原因。③電容器內(nèi)部有部分元件的材料鍍層被氧化，而這些氧化層會(huì)導(dǎo)致ESR 的升高，造成電容器發(fā)熱增加。④實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的要求超過(guò)設(shè)計(jì)余量。

2.2 滲油

電容器滲油一般常出現(xiàn)在注油孔、絕緣子根部、焊縫等位置。產(chǎn)生的原因主要有:①注油孔或絕緣子根部密封性不良。②外殼上存在虛焊、砂眼等現(xiàn)象。

2.3 極間短路

電容器極間短路主要是指內(nèi)部金屬化膜之間產(chǎn)生了短路。產(chǎn)生的原因主要是外部的過(guò)電壓導(dǎo)致電容器內(nèi)部過(guò)熱，造成電容器的介質(zhì)短路。

2.4 極殼短路

電容器極殼短路主要是電容器芯子與外殼之間產(chǎn)生了短路，產(chǎn)生的原因主要有:①外部過(guò)電壓造成。②環(huán)境溫度過(guò)高，例如電容器安裝在大電阻旁邊，均可能產(chǎn)生電容過(guò)熱。

3 對(duì)電力電容器故障應(yīng)對(duì)措施的探討

由于電力電容器在機(jī)車運(yùn)行中的重要性，因此它的可靠性和安全性成了重要的運(yùn)行考核指標(biāo)。為了更好地解決電容器的常見故障，根據(jù)故障產(chǎn)生的原因，我們從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝及管理上提出以下解決建議。

3.1 從電容器設(shè)計(jì)上解決問(wèn)題

①在電容器設(shè)計(jì)之初，最好能對(duì)實(shí)際的運(yùn)用環(huán)境進(jìn)行調(diào)研，保證電容設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及合理性。②對(duì)于容易造成尖端放電的部位，適當(dāng)?shù)目紤]增加爬電距離，或者將電容器內(nèi)的卡板設(shè)計(jì)由直角改為倒角。③金屬化薄膜采用波浪分切技術(shù)，使元件的噴金接觸面積大大增加，提高電容的耐涌流能力。④改善注油孔、端子根部的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)該部位設(shè)計(jì)的密封可靠性，解決滲油問(wèn)題。⑤在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免在電容器周圍放置大電阻的發(fā)熱元件，給電容器創(chuàng)造良好的散熱工作環(huán)境。⑥針對(duì)電容器存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，建議在電容器中設(shè)計(jì)防爆保護(hù)裝置，一旦達(dá)到電容器能承受的最大壓力，則防爆保護(hù)裝置自動(dòng)開啟，避免電容器爆炸事故的發(fā)生。

3.2 從電容器制造工藝上解決問(wèn)題

1)為確保錫焊的可靠性，使用可控性高、一致性高的全自動(dòng)焊接機(jī)進(jìn)行焊接，可避免由手工焊接引起的低可控性、一致性差等焊接問(wèn)題;同時(shí)，對(duì)外殼的焊接做焊接金相分析，確保焊接方法、參數(shù)的可靠性，防止電容器外殼虛焊，減少發(fā)生滲漏的可能性。

2)提升外殼密封性的檢驗(yàn)。在電容外殼的關(guān)鍵部位及焊縫處涂上石灰水，一旦焊縫有穿透性缺陷時(shí)，內(nèi)部的油將滲出，外殼將出現(xiàn)油斑，通過(guò)這種方法可以進(jìn)一步防止?jié)B油現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 從管理上進(jìn)行提升

①加強(qiáng)密封材料的檢驗(yàn)，防止將老化的橡膠件用于產(chǎn)品中。②加強(qiáng)員工的質(zhì)量意識(shí)，及制造環(huán)節(jié)中的監(jiān)管力度，杜絕因連接不可靠，造成接觸電阻過(guò)大導(dǎo)致電容器過(guò)熱的故障。③由于金屬化膜有易被氧化的特性，所以建議改善金屬化膜的存放環(huán)境，加強(qiáng)對(duì)金屬化膜的檢驗(yàn)頻次。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力電容器常見故障包括:鼓肚、滲油、極間短路、極殼短路等現(xiàn)象。在預(yù)防時(shí)，要根據(jù)不同的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，不僅對(duì)電容器本身進(jìn)行仔細(xì)檢查分析，還應(yīng)對(duì)其工作環(huán)境進(jìn)行分析和控制，以充分發(fā)揮電力電容器的效能，并保證電力電容器的運(yùn)行安全。

［1］陳燕平，忻力，李中浩. 牽引變流器中支撐電容器研究［J］.鐵道機(jī)車車輛，2011，31(2):76 -81.

［2］黃向前.電力電容器常見故障問(wèn)題及解決方法［J］.科技傳播，2012(5):30.