动车组高压电压互感器故障研究

动车组高压电压互感器故障研究

周佳 ,薛炎

中车唐山机车车辆有限公司

一、背景

动车组运行中无网压并降弓停车，动车组09车报接触网过电压等故障，重新升02车、10车受电弓仍显示无网压，换升07车、15车受电弓后，15车报故障车顶隔离开关锁闭等故障，切除15车受电弓，升07车单弓运行，07车主断路器断开，降弓停车。检查发现07车受电弓上方接触网断线，登顶检查发现10车电压互感器有明显破损，避雷器、受电弓支撑绝缘子有明显放电痕迹。经修复接触网后，切除02车、07车、10车受电弓及15车隔离开关，升15车单弓维持运行。

二、数据分析和现场调研

1.相关数据检查如下：

（1）查看00车HMI屏历史故障界面显示：

09车报故障CCU接触网过压；15车报出故障车顶隔离开关锁闭，无法重启，00车报出故障车顶电缆差动保护响应。具体如下图所示：

HMI历史故障界面

（2）查看09车CCU数据

    09车报接触网过电压。故障导致10车主断路器自动断开。环境变量数据显示，网压为31KV（MVB数据显示9-16车两个牵引单元的网压达32.5KV）

（3）解析09车MVB数据：

对比故障发生前02车、10车网压数值，发现02车电压互感器检测网压值正常；10车接触网压持续上升，表明10车电压互感器存在故障。

故障触发条件：当升弓单元的电压互感器检测到接触网压超过设定阈值，且持续超过规定时长，报出故障，同时主断路器断开。

升10车受电弓，10车电压互感器无论接触网是否有电，均未检测到网压数值，表明10车电压互感器一直处于故障状态。

（4）查看远程数据：

解析01车MVB数据，故障时10车主断路器处于断开状态，09~00车TCU未工作；02车电压互感器检测到网压出现波动，网压值由27.2KV降至0.47KV后，又恢复至27.2KV，因此1~8车TCU短暂封锁4QC输出。

2.相关部件检查如下：

登顶检查发现：10车电压互感器炸裂，避雷器伞裙、受电弓支撑绝缘子、汇流铜管支撑绝缘子击伤，受电弓碳滑板有两处灼伤痕迹，汇流铜管末端等部位均有放电痕迹。

  10车碳滑板多处放电          10车受电弓支撑绝缘子破损

三、原因分析

车顶的电压互感器主要是用于检测接触网网压，变比为25000:150。电压互感器将检测到的网压经降压后传给牵引变流器和CCU。原理图如下：

1.网压过压、欠压逻辑

动车组正常的工作电压为23.5KV~29KV，当电压高于29KV持续一定时长或31KV持续设定时长，CCU会触发过压保护；当电压低于设定阈值且持续超过设定时长，CCU会触发欠压保护。触发欠压或过压保护时，主断自动断开。

2.电压互感器炸裂原因分析

电压互感器检测值=（接触网电压/原边匝数）×次边匝数。在电压互感器原边线圈发生匝间短路而使得匝数减少，导致网压检测值升高；且原边线圈匝间短路同时导致原边电流迅速增大，造成匝间绝缘击穿，内部放电发热，导致能量激增，电压互感器炸裂。由数据分析可知，02车电压互感器检测到的网压基本维持不变，可知当时接触网压正常，10车网压检测值逐步上升至32kV，说明该电压互感器原边已经存在匝间短路情况。

3.差动保护原因分析

动车组电流互感器将检测到的电信号经匹配变压器调节后再由匹配电阻转换成相应的电信号反馈至CCU。在正常情况下，升弓牵引单元的主变压器原边电流值与相邻牵引单元的主变压器原边电流值之和应与升弓单元的网侧电流值一致。

（1）若网侧电流值与两个变压器原边电流之和相差超过阈值且持续一定时间，CCU会报出线电流差动电流保护响应，主断断开，隔离开关锁闭。

（2）主变压器差动保护检测的是主变压器与接地回流差值的有效值，主断闭合指令发出设定时间后，如果检测到差值超过设定阈值，且时长超过设定时间以上，则发出封锁4QC指令，自动分主断，同时报出故障。

本次故障符合第一种情况，即网侧电流与两个主变压器之和相差超过设定阈值，持续时长超过设定时间，导致CCU报出线电流差动电流保护响应。本次接触网差动电流故障发生时，升07、15车受电弓，高压电流经15车隔离开关、车辆跨接电缆传至10车汇流铜管，经10车隔离开关输送至10车主变压器。因10车电压互感器炸裂，其内部的金属绕组导线外露损坏，与临近的车顶隔离开关或汇流铜管产生了放电，导致15车电流值上升，报出差动电流保护。

五、故障结论

动车组入动车所进行故障排查。结合途中运行及库内检查情况，初步分析判断由于10车电压互感器内部故障导致炸裂，升10车受电弓时发生接地现象，造成接触网跳闸同时接触网因大电流受损。车组升07车单弓运行时，动车瞬间接触网与受电弓产生扰动，加之接触网本身张力作用，接触网受损处瞬间断裂。

六、优化措施

对动车组网压保护进行功能，进行了软件优化，新增保护逻辑：

（1）受电弓升起，主断断开且没有在过分相中，网压互感器监测值大于设定阈值时，延时后自动将弓并锁闭；

（2）升起两个受电弓时，两个主断闭合的情况下，两个网压互感器的差值设定阈值，延时后断主断，网压高的受电弓自动降弓并锁闭。