任 琳

（潞安集團(tuán)鐵路運營公司，山西 長治 046031）

1 問題的提出

在SS4G 型電力機車當(dāng)中，主變壓器是該型電力機車的心臟部件。該電力機車的主變壓器次邊設(shè)計安裝有RC 吸收電路，輸入電壓為變壓器次邊電壓，該RC 吸收電路主要作用是用于抑制操作過電壓和整流器換向過電壓。在機車正常運行當(dāng)中，過電壓吸收回路可以利用電容吸收能量，從而產(chǎn)生大量熱能，該電阻安裝在功補柜內(nèi)，由于機車功補柜結(jié)構(gòu)和工作條件限制，無法及時將熱能散去，運行時間過長就會致使功補柜內(nèi)的溫度過高，主變壓器中的線路和環(huán)氧玻璃布板等零部件在過熱狀態(tài)下容易加快老化，進(jìn)而會導(dǎo)致主變壓器電阻接線過熱和燒損故障發(fā)生，影響SS4G 型電力機車的安全行車。

2018 年，山西某鐵路運輸公司SS4G 0622 機車在運行期間突然主斷跳開，司機確認(rèn)弓網(wǎng)正常后，重新閉合主斷給流，當(dāng)電流達(dá)到600 A 時，主斷再次跳開，“主接地”燈亮。機械間檢查發(fā)現(xiàn)A 節(jié)功補柜室內(nèi)有電阻燒損。次日對該機車進(jìn)行3 次小修，檢查發(fā)現(xiàn)A 節(jié)功補柜內(nèi)電阻也有嚴(yán)重過熱現(xiàn)象。針對此類問題，探索采用增大功補柜電阻散熱空間、增加隔熱材料的方法，防止功補柜過熱、燒損故障。

2 機車產(chǎn)生過電壓的主要原因

SS4G型電力機車的過電壓主要包括雷擊過電壓、過分相后電網(wǎng)相序變化過電壓、操作過電壓等[1-2]。對以上幾種產(chǎn)生過電壓的規(guī)律總結(jié)發(fā)現(xiàn)其回路電量參數(shù)會發(fā)生突變。SS4G 型電力機車其實是一種高頻設(shè)備過電壓，雷電波會沿接觸網(wǎng)傳入機車電路當(dāng)中，其過電壓最大峰值電壓為175 kV。在運行過程中以上過電壓的產(chǎn)生就會造成SS4G 型電力機車PFC 開關(guān)柜牽引繞阻過壓吸收電阻頻繁燒損的主要原因。

SS4G 型電力機車PFC 開關(guān)柜布置密集，其布置空間的有限，在電力機車進(jìn)行全面檢修時PFC 開關(guān)柜的故障電阻很難進(jìn)行有效的檢修和更換。同時因為該SS4G 型電力機車在運行過程中過電壓吸收電阻導(dǎo)致的持續(xù)發(fā)熱會不斷對PFC 開關(guān)柜內(nèi)的線簇烘烤。其結(jié)果是塑料蛇形管及相應(yīng)電纜絕緣層烤熔引發(fā)電路短路故障。

3 過電壓吸收電阻原理與作用

過電壓吸收電阻與吸收電容串聯(lián)后組成阻容保護(hù)電路，分別并聯(lián)在主變壓器4 個牽引繞組上，用以限制或吸收大氣過電壓、電網(wǎng)變化過電壓、操作過電壓、整流器換向過電壓等。它是利用電容能夠吸收能量、電容兩端電壓不能突變以及電阻能夠消耗能量的特性進(jìn)行工作的，其原理圖如圖1 所示[3-4]。

圖1 過電壓吸收電阻原理示意圖

SS4G 型機車主變壓器四個牽引繞組過電壓吸收電阻（73R、74R、83R、84R）采用RXG800A，6.2 Ω，800 W 兩根電阻并聯(lián)的形式分別安裝于開關(guān)柜后，其布置如下頁圖2 所示。

4 過電壓吸收電阻的改進(jìn)措施

機電過電壓吸收電阻燒損會嚴(yán)重影響機車的運行安全，必須進(jìn)行有效改造。針對SS4G 機車主變壓器的實況，設(shè)計了如下改進(jìn)方案。將同步主變壓器進(jìn)行移位改造、設(shè)計并制造同步主變壓器安裝支架及安裝底板。安裝支架使用的是30 mm×5 mm 的角鐵，尺寸如圖3 所示；安裝底板采用10 mm 厚環(huán)養(yǎng)玻璃布板，示意圖如圖4 所示。

圖2 布置示意圖

圖3 安裝支架尺寸示意圖（單位：mm）

圖4 安裝底板示意圖（單位：mm）

同時還必須做好過電壓吸收電阻的運用保養(yǎng)作業(yè)，主要包括以下幾點：設(shè)計增加絕緣隔離板，安裝在過電壓吸收電阻、功補放電電阻和同步變壓器之間；對機車的濾塵網(wǎng)進(jìn)行定期和不定期檢查，并及時清洗濾塵網(wǎng)保障其通風(fēng)良好；對電壓吸收電容進(jìn)行及時檢查及維修更換；定期檢查電阻連接導(dǎo)線是否有斷股、電阻是否過熱變色，螺栓是否松動現(xiàn)象，定期清掃電阻表面灰塵，防止爬電現(xiàn)象以及改善電阻散熱條件。

5 解決負(fù)載電阻過熱問題

對SS4G 機車局部安裝和布線結(jié)構(gòu)檢查發(fā)現(xiàn)，其安裝和布線的不合理是造成散熱不良、局部過熱和絕緣破壞的主要原因。針對這一情況，采取以下措施能有效解決負(fù)載電阻過熱問題。

1）針對環(huán)氧玻璃布板容易燒損的問題，采用瓷絕緣子進(jìn)行代替，同時在設(shè)計時瓷絕緣子支撐增高25 mm，可以有效解決因過熱導(dǎo)致的環(huán)氧玻璃布板燒損問題。

2）引出線進(jìn)行調(diào)整，將以往的2.5 m2調(diào)整為6 mm2高壓聚稀烴電纜，該改進(jìn)措施可以有效解決接頭與電阻引出銅排接觸面小、引發(fā)導(dǎo)線和接頭發(fā)熱[5-6]。

3）采用螺栓安裝進(jìn)行固定，在安裝鐵板上鉆孔。改造后PFC 柜布局圖如圖5 所示。改進(jìn)后的RC 電路電阻的散熱情況得到了大幅度改善，在近2 a 的使用過程當(dāng)中，因電阻過熱燒損問題而產(chǎn)生的故障降低了95%，有效提高了設(shè)備運行的安全性。

圖5 改造后PFC 柜布局圖

6 結(jié)語

電力機車主變壓器次邊保護(hù)電路電阻過熱故障的改進(jìn)方案，既無需對PFC 柜進(jìn)行大的改造，又能解決RC 電路電阻過熱燒損的問題，實用性較好。盡管該改造設(shè)計增加了部分材料成本費用，但相對比改造前因電阻發(fā)熱導(dǎo)致的主變壓器故障損失來講，安全經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

采用該改進(jìn)設(shè)計方案對山西某鐵路運輸公司前期接入的4 臺SS4G 機車進(jìn)行了改造，從2018 年5月起對改造后的機車功補柜的質(zhì)量情況進(jìn)行跟蹤觀察，改造后功補柜已無過熱燒損現(xiàn)象發(fā)生及相應(yīng)故障產(chǎn)生，有效提高了機車主變壓器各部件的使用壽命，提高了機車的運行安全。