容長生， 鄧鳳祥， 劉 鋒， 房 平， 王亞奎

(1 中國鐵路總公司， 北京100844；2 中車株洲電機有限公司， 湖南株洲 412001；3 中車株洲電力機車有限公司， 湖南株洲 412001；4 中車大連機車車輛有限公司， 遼寧大連 116022；5 中車洛陽機車有限公司， 河南洛陽 471002)

和諧型機車自2017年開始進入C6修，目前正全面推進。數(shù)據(jù)檢修是和諧型機車C6修的核心理念之一，是和諧型機車C6修的鮮明特征。在C6修過程中，全面開展機車及其重要零部件性能測試，數(shù)據(jù)采集、存儲，實現(xiàn)新造源頭與檢修信息、新造源頭與運用信息、檢修數(shù)據(jù)與日常運用信息全鏈條分析，確保機車和部件完整的質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈、生命軌跡鏈的全面銜接，為機車全壽命周期成本管理提供技術(shù)支撐。

C6修作為機車主變壓器一重大檢修節(jié)點，檢修范圍覆蓋大部分器件，而對于生命和功能周期長、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的部件，經(jīng)常會出現(xiàn)過修和過檢的問題，給變壓器帶來不穩(wěn)定系統(tǒng)性問題的同時大大增加檢修成本[1]。通過對變壓器C6檢修數(shù)據(jù)進行分析和研究，形成系統(tǒng)、科學、經(jīng)濟的主變壓器C6檢修策略，指導后續(xù)C6檢修規(guī)程制訂和持續(xù)優(yōu)化工作，保障機車主變壓器C6檢修工作安全、優(yōu)質(zhì)、高效地開展。

1 HXD3C型機車牽引變壓器C6修數(shù)據(jù)研究

HXD3C型機車牽引變壓器在C6檢修內(nèi)容主要涵蓋主變壓器檢測、部件檢修及變壓器油檢測等。下面所述數(shù)據(jù)源于50余臺C6修主變壓器。

1.1 主變壓器檢測

HXD3C型機車主變壓器在C6修過程中需進行直流電阻、電壓比、空載試驗、絕緣電阻、工頻耐壓及感應耐壓等檢測。

1.1.1直流電阻試驗

直流電阻試驗用于檢測主變壓器繞組層間和匝間是否存在短路、開路，判斷繞組焊接點、端子壓接、引線與套管連接等狀態(tài)是否良好等方面。直流電阻檢測結(jié)果對主變壓器內(nèi)部繞組連接狀態(tài)的判斷直觀、準確，能及時發(fā)現(xiàn)變壓器存在的潛在性故障[2]。按照技術(shù)要求，高壓繞組、低壓繞組C6修檢測直流電阻與設計值的偏差為±10%。C6修前后的各繞組直流電阻平均偏差結(jié)果如圖1。(其中，AX為高壓繞組，a1x1-a8x8為低壓繞組。)

圖1 直流電阻平均偏差/%

從圖1可知，各繞組直流電阻平均偏差均滿足技術(shù)要求，各繞組平均偏差絕對值不高于3.0%。通過對比可知，C6修后的各繞組直流電阻平均偏差均高于C6修前約2%，檢修過程對直流電阻測試結(jié)果有一定的影響。影響直流電阻結(jié)果的因素主要包括繞組線規(guī)、引線連接及繞組換算溫度等[3]?？紤]檢修中繞組線規(guī)及端子接線狀態(tài)基本不變，且各繞組直流電阻平均值增漲幅基本相當，由此推測C6修前后的直流電阻偏差可能是繞阻實際溫度與換算溫度存在略微差異所造成。通常情況下，為確保換算溫度準確，試驗應在器身干燥或負載試驗后待器身完全冷卻再進行，這一點在檢測過程中應引起重視。

1.1.2電壓比試驗

電壓比試驗通常用于檢驗變壓器的高低壓線圈是否存在匝數(shù)偏差、斷匝等問題。按照技術(shù)要求，高壓繞組與各低壓繞組間的電壓比與設計值的偏差為±0.5%。C6修前后的各繞組間電壓比偏差結(jié)果如圖2。

圖2 電壓比平均偏差/%

從圖2可知，高壓繞組與各低壓繞組的電壓比滿足技術(shù)要求，最大平均偏差不高于0.15%。對比C6修前后的電壓比平均偏差，兩者基本相當。由此可知，HXD3C型機車主變壓器C6修對繞組間電壓比不會帶來明顯的影響，這與變壓器電壓比基本特性相吻合。

1.1.3空載損耗試驗

空載試驗是通過測量變壓器的空載損耗和空載電流兩個特征量，檢查繞組是否存在匝間短路、并聯(lián)支路中線圈匝數(shù)不等、鐵芯疊片間絕緣、硅鋼片松動氣隙及穿芯螺桿與壓板絕緣等故障。當發(fā)生上述故障時，空載損耗和空載電流均會明顯增大。

按照技術(shù)要求，空載損耗不應超過設計值15%，空載電流不應超過設計值30%。C6修后的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果見表1：

表1 空載試驗結(jié)果 %

從表1可知，空載損耗和空載電流均滿足技術(shù)要求，且兩者的平均值均低于設計值，C6修后的主變壓器器身、繞組及鐵芯內(nèi)部狀態(tài)正常。

1.1.4絕緣電阻試驗

絕緣電阻試驗是檢驗變壓器絕緣狀態(tài)的一種簡單、高效的方式，能夠?qū)ζ魃韮?nèi)部的絕緣完整和受潮情況作出準確的判斷[4]。按照技術(shù)要求，高壓繞組對低壓繞組及地之間和低壓繞組對地的絕緣電阻均不低于200 MΩ。C6修前后的絕緣電阻統(tǒng)計結(jié)果見表2：

表2 繞組絕緣電阻 MΩ

從表2可知，各繞組絕緣電阻均滿足要求。通過對比表明，經(jīng)C6修后的各繞組絕緣電阻顯著提升。由此可知，C6修較有利于提升繞組絕緣水平，檢修效果顯著。此外，還對C6修中的變壓器進行了工頻耐壓和感應耐壓試驗，檢驗HXD3C型機車主變壓器的主絕緣和縱絕緣狀態(tài)，結(jié)果合格。

1.2 主變壓器部件檢修

重點分析HXD3C型機車主變壓器高低壓套管在C6檢修中暴露的典型問題，并闡述確定部件檢修策略的基本原則和思路。

1.2.1高壓套管檢修

高壓套管作為接觸網(wǎng)與主變壓器的連接載體，對其檢修策略需得到充分的論證。本次統(tǒng)計的HXD3C型機車主變壓器高壓套管在C6修中大部分進行了更新，占總數(shù)的71%。為適應特殊運行線路環(huán)境，在高壓套管與高壓T型頭連接處涂硅膠(用于提升防護、絕緣水平)，見圖3。硅膠在C6修時無法徹底清除，這是造成高壓套管更新的主要原因，占更新總數(shù)的54%。

圖3 高壓套管個性問題

針對這一現(xiàn)象，在確定部件C6檢修策略時，不僅需考慮部件個體質(zhì)量問題，還需掌握同部件在全路的運行狀態(tài)，避免以偏概全，造成C6修費用增加。經(jīng)調(diào)查，從HXD3C型機車變壓器在全路運行情況看，因高壓套管表面硅膠無法清除造成的套管不合格率僅約2.6%，且高壓套管在C6修中出現(xiàn)的質(zhì)量問題總體偏少。因此，以預先制定檢修計劃為指導，結(jié)合日常維護、定期檢查等內(nèi)容，通過采用計劃預防修的方式確保HXD3C型機車主變壓器高壓套管在整個生命周期內(nèi)始終處于正常的工作狀態(tài)，這是一種經(jīng)濟且適用于高壓套管的檢修策略。另外，檢修數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，因檢修防護不足導致高壓套管劃痕報廢的情況時有發(fā)生，這在今后機車變壓器C6修時應重點予以防范。

1.2.2低壓套管檢修

HXD3C型機車主變壓器的低壓套管在C6檢修時暴露出的典型問題是低壓鍍銀銅排金屬表面鍍銀層氧化發(fā)黑，占比57%，見圖4。在如何確定低壓套管C6檢修策略的問題上，重點應先從以下幾個方面著手研究：(1)鍍銀層氧化是否會對主變壓器的二次側(cè)連接產(chǎn)生不良影響；(2)鍍銀層氧化后是否存在脫落情況；(3)是否可通過重新鍍銀的方式實現(xiàn)低壓套管的檢修再利用。

圖4 低壓套管檢修

低壓套管鍍銀層被氧化區(qū)域均分布在直接與油接觸的表面，而冷壓接端子與低壓套管端板直接接觸位置無氧化現(xiàn)象，因此不會對變壓器二次側(cè)連接造成不良影響。鍍銀層氧化附著在套管表面，無脫落現(xiàn)象，不會對變壓器油質(zhì)造成影響。在C6修時對被氧化區(qū)域進行打磨和加工，表面氧化層得到了有效去除并重新鍍銀，實現(xiàn)了低壓套管的檢修再利用。因此，以產(chǎn)品良好狀態(tài)和功能可恢復性為原則，通過采用計劃預防修的方式保證HXD3C型機車變壓器低壓套管的使用可靠性是經(jīng)濟、可行的。

1.3 主變壓器油檢測

為了更準確地反映變壓器的器身狀態(tài)，指導器身和變壓器油C6檢修策略制定，在解體檢修前預先對變壓器油進行檢測。變壓器油檢測通常包括油理化檢測和氣相色譜檢測。油理化檢測是用來評估變壓器油的劣化程度，關鍵項點包括閃點、酸值、含水量、介質(zhì)損耗因數(shù)及擊穿電壓等。氣相色譜檢測是用于分析油中溶解特征氣體組分、含量，輔助判斷變壓器內(nèi)部是否存在過熱或放電故障。文中對油的氣相色譜檢測數(shù)據(jù)進行了分析，結(jié)果見表3。

表3 氣相色譜結(jié)果 ×10-6

從表3可知，除少部分主變壓器出現(xiàn)氣體含量超標問題，絕大部分油中的溶解氣體含量較低。針對個別主變壓器出現(xiàn)氫氣、乙炔含量超標現(xiàn)象，經(jīng)確認是因變壓器油受潮而發(fā)生電離。由此可見，氣相色譜檢測可準確判斷機車變壓器內(nèi)部存在電氣故障。需指出的是，僅通過氣體含量超標是不足以判定變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，還應結(jié)合變壓器繞組結(jié)構(gòu)、特征氣體增長率、電氣試驗、歷年故障及吊芯檢查等方面進行綜合判斷。另外，通過油理化檢測表明，油的閃點、酸值等指標均合格，并確立了油過濾再利用而不更新的檢修方式。

2 機車牽引變壓器C6吊芯檢修策略研究

參照DL/T 573—2010《電力變壓器檢修導則》的規(guī)定，變壓器大修通常是指對油浸變壓器進行放油吊芯(或吊開箱蓋)或進入油箱內(nèi)部進行檢修。變壓器大修周期一般不低于10年，具體時間需根據(jù)變壓器結(jié)構(gòu)特點、制造水平、日常負荷、歷次試驗及油樣分析等情況，合理安排提前大修或延長大修[5]。機車牽引變壓器與普通電力變壓器相比，工作條件和運行環(huán)境更加惡劣，如連續(xù)而強烈地機械振動和沖擊，網(wǎng)壓波動范圍大及高頻諧波成分等，對變壓器內(nèi)部絕緣材料的性能和壽命有較大影響。在C6修時，對主變壓器進行全面“體檢”，預防潛在故障風險，這是延長主變壓器壽命的一種行之有效的策略。

變壓器經(jīng)長時間負載工作后，油中會緩慢形成少量弱腐蝕性油泥，其中的一部分沉于油箱底部，其余的隨油循環(huán)附著于器身線圈等部位，油泥對器身絕緣和油品均會產(chǎn)生不良影響，改善器身清潔度狀態(tài)對提高變壓器電氣絕緣水平至關重要。器身采用油-紙(板)絕緣結(jié)構(gòu)，絕緣紙板長時間浸泡在高溫的絕緣油中逐漸會發(fā)生熱、電老化現(xiàn)象，當變壓器出現(xiàn)過熱、過載等情況時，老化問題將更加突出。絕緣紙板老化首先會帶來機械性能的下降，易產(chǎn)生絕緣破損問題，嚴重時可能造成放電或擊穿故障[6-7]。因此，通過及時發(fā)現(xiàn)破損點并進行絕緣補強，保持主變壓器絕緣結(jié)構(gòu)完整，這對主變壓器使用可靠性的提升大有裨益。

目前，進入C6修的HXD3C型機車變壓器運行時間基本長達10年以上，因此對該機型變壓器進行吊芯檢修是必要的。然而，針對不同機型和運用情況的主變壓器，需在充分考慮吊芯檢修周期與機車運行特點相適應的基礎上實施有計劃、有針對的調(diào)整。例如HXD1D、HXD3D型準高速客運電力機車，具有運行速度高、走行里程增加快等特點，變壓器C6修周期平均總走行時間僅6.5年左右，因此對該機型變壓器在C6修時是否吊芯檢修需進行深入研究。通過制定嚴謹?shù)难芯糠桨?，重點圍繞器身絕緣壽命評估與預測、變壓器電氣檢測與油樣分析、橡膠密封件老化評估等要素展開分析，剖析返廠試修的主變壓器存在的典型問題，這將是科學評估吊芯檢修必要性的重要舉措。

3 結(jié)束語

通過對HXD3C型機車牽引變壓器檢測、部件及油檢測結(jié)果進行系統(tǒng)分析，結(jié)果表明C6修后的主變壓器整體狀態(tài)良好，滿足HXD3C型機車的運行要求。結(jié)合對變壓器高低壓套管檢修情況，提出了部件檢修策略的確定需以部件檢修狀態(tài)和數(shù)據(jù)為支撐，以掌握部件質(zhì)量規(guī)律為指導的基本工作思路，通過評估部件不合格狀態(tài)對主變壓器的影響，結(jié)合部件功能的可恢復情況，指導部件C6檢修策略的合理選擇。另外，在剖析機車牽引變壓器吊芯檢修的基礎上，提出了對確定HXD1D、HXD3D型準高速客運電力機車主變壓器C6吊芯檢修周期的思考及方法。