楊建明，王傳芳，姜贊

(北京中車賽德鐵道電氣科技有限公司，北京 100176)

1 引言

電壓互感器是電力機(jī)車的一個(gè)重要電氣部件，是將接觸網(wǎng)電壓AC25kV按線性比例轉(zhuǎn)換為低電壓AC100V，并提供給機(jī)車的控制單元及計(jì)量單元，主要實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)電壓測(cè)量、功率計(jì)量和保護(hù)功能。

電壓互感器自安裝運(yùn)用，只能等到規(guī)定的周期進(jìn)行檢修，來判斷電壓互感器的性能，無特征量來實(shí)時(shí)顯示電壓互感器的運(yùn)行狀況及服役狀態(tài)。近年來連續(xù)發(fā)生了多起電壓互感器爆炸事故，給電力機(jī)車的安全運(yùn)行帶來了隱患，并造成了重大損失。因此需研究分析電壓互感器的炸裂現(xiàn)象及原因，確定監(jiān)控各參數(shù)特征量，有效預(yù)防電壓互感器的炸裂事故，保障機(jī)車的安全運(yùn)行。

2 電壓互感器的故障現(xiàn)象

電壓互感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及炸裂現(xiàn)象如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

從以上故障現(xiàn)象可以看出一次繞組的中部漆包線過熱及發(fā)黑嚴(yán)重，可以判定此處在電壓運(yùn)行過程中發(fā)生了一次繞組層間或匝間短路，引起局部過熱，進(jìn)而逐步破壞一次繞組漆包線的外絕緣。熱量積累的一定程度，使電壓互感器主絕緣徹底損壞，開裂，引起更大的電弧，產(chǎn)品對(duì)地?fù)舸?。而此故障伴隨著電壓互感器一次繞組電流增加，二次繞組電壓異常升高。

圖2 燒損的一次繞組

3 在線監(jiān)測(cè)裝置電路設(shè)計(jì)

3.1 在線監(jiān)測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)

在線監(jiān)測(cè)裝置利用電流傳感器、溫度傳感器采集一次繞組電流值、二次繞組末端溫度及電壓值，經(jīng)信號(hào)保護(hù)電路、調(diào)理電路后進(jìn)入單片機(jī)主控系統(tǒng)，通過計(jì)算，得出電壓互感器的繞組電流以及溫度的變化，通過RS485傳輸給機(jī)車控制單元，實(shí)時(shí)判斷電壓互感器的運(yùn)行狀況，并且記錄存儲(chǔ)顯示相關(guān)特征量信息。

監(jiān)測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)框圖

3.2 在線監(jiān)測(cè)裝置保護(hù)電路

圖4 監(jiān)測(cè)裝置保護(hù)電路

其中保護(hù)器件自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F2，防止過壓過流侵入信息采集電路，從而起到保護(hù)的作用；TVS3瞬態(tài)抑制二極管是限壓型過壓保護(hù)器件，當(dāng)輸入信號(hào)電壓達(dá)到16.7V時(shí)，TVS3開始導(dǎo)通，保護(hù)后級(jí)電路不被燒毀；D12、D16二極管起電壓鉗位作用，將進(jìn)入放大器的信號(hào)電壓鉗位在±(15V+VFM)，保障放大器穩(wěn)定工作。

4 在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

以某動(dòng)車組用電壓互感器進(jìn)行測(cè)試，其電氣規(guī)格如下:

額定一次電壓:25kV；額定二次電壓:100V；準(zhǔn)確級(jí)及額定輸出:0.5級(jí)/20VA。

不同負(fù)載情況下，測(cè)試各電氣參數(shù)如表1所示。

表1 負(fù)載為20VA/cosφ=0.8

表2 負(fù)載為20VA/cosφ=1

表3 負(fù)載為40VA/cosφ=0.8

表4 負(fù)載cosφ=1

以上測(cè)試的二次繞組電流值隨二次繞組電壓線性遞增，一次繞組電流符合設(shè)計(jì)值，二次繞組溫升與設(shè)計(jì)值及型式試驗(yàn)中電阻法測(cè)試值吻合。

5 結(jié)論

電壓互感器發(fā)生故障時(shí)的主要表現(xiàn)形式為一次繞組短路以及內(nèi)部過熱，利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一次繞組電流、二次繞組電壓以及溫度信息，可以直接反映出電壓互感器的運(yùn)行狀況，具有可行性。在積累相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)后，進(jìn)行相應(yīng)的閾值設(shè)置，對(duì)保障互感器的安全運(yùn)行具有重大意義。