动车组高压电压互感器故障监测系统研究

动车组高压电压互感器故障监测系统研究

修方渊,李正元,张伟

中车青岛四方机车车辆股份有限公司质量管理部 266000

摘要：为提升动车组工作质量，提升工作效果，减少故障问题的出现就需要在现有的工作中，做好动车组高压电压互感器故障监测系统的配置分析，加快技术转型和技术调整，深化技术创新，削弱故障隐患的出现。为此本文基于动车组高压电压互感器故障监测系统的工作基础条件，对其配置的方式进行分析，以求做好技术升级，提升工作效能，规避隐患风险的产生。

关键词：高压电压互感器；电位；监测系统

引言：

高压电压互感器是将接触网的高电压转化为低电压，从而实现网络电压的监测分析、计量控制等功能。动车组主要使用的是一种树脂浇注的干式互感器，内部通过环氧树脂的保护，外部受到高温硅橡胶的支撑，可以实现高质量的绝缘性能。但是在多种风雪恶劣环境下使用，也会导致绝缘性能出现降低的趋势，而后在电压的作用你改下出现闪络放电的情况，导致绝缘介质出现故障。因此加快高压电压互感器故障监测系统的配置分析，就成为现阶段动车组工作的基础要求。

一、高压电压互感器烧毁故障的现象

在相关的文献资料之中明确地提出，当环氧树脂浇筑到高压电压互感器之中，出现失效的情况，主要是因为失效部位的传感器绝缘部件与互感器高压绕组情况的产生。通过三段式分布的分压结构，不同结构下的绕组只需要承载定额的电压，这样就能实现分段绝缘的效果，以此降低绝缘的等级数量，节省绝缘材料的消耗，降低高压电压互感器本身的体积大小。通过综合分析观察可以得知，在高压电压互感器结构下，互感器的第一个伞裙下方若是出现烧毁的情况，尤其是伞裙之中的浇注体出现了炸裂的情况，就需要进一步对高压电压互感器内部环境进行分析，发掘不同结构区段下的绝缘介质的情况。对于出现烧毁的高压电压互感器进行统计分析可以得知。在电力机车与动车组失效的高压电压互感器之中，高压绕组出现故障的概率相对较高，同时多数都会出现绝缘介质老化和变形的情况。

二、高压电压互感器损坏机理分析

1、因为自然环境因素导致的绝缘介质老化

高压电压互感器多数都是在车顶位置上安装的，植生所工作的环境均为高温、雨雪等恶劣环境，高压电压互感器本身的绝缘材料也会逐渐的出现老化的情况，绝缘的基础性能也会出现降低，尤其是当外部的硅橡胶在高温环境下，就会因为外部自然环境的影响，出现变形损坏的情况。绝缘性能的降低，往往会导致高压电压互感器本身容易承受过量的电压，以此频繁的出现闪络放电的情况，让绝缘材料被击穿，继而出现烧毁的情况。

2、暂态过电压与合闸对高压电压互感器的影响

在现有的高压电压互感器工作环境下，接触网额定电压为25千伏，在规范的电压环境下都可以实现正常的运作。但是在实际的操作中，因为动车组的运行需求，经常会出现网压相对较高的情况，也就是过电压的出现。过电压主要是因为过电压以及操作处理所产生的暂态过电压。通过避雷器的安装就可以防止雷电过电压对于高压电气设备产生的直接影响，而操作电压相对较高的情况下，其本身的工作效能虽然会对电气设备产生影响，但是通过一定的介质，就能减少对高压电压互感器的直接影响。动车组在过分相时，会出现操作过电压。

过分相主断路器断开时的过电压波形，过电压峰值约为105kV（有效值为74.2kV），约为正常电压的3倍。列车升弓时，受电弓滑板与接触网接触的瞬间，弓网间隙被击穿，形成过电压幅值最高接近80kV，峰值远高于正常网压峰值35kV（有效值为25kV）。降弓时过电压波形类似于图3主断路器断开时的过电压波形。由于接触悬挂的弹性分布不均，会使受电弓与接触网发生短暂脱离，称为弓网离线，弓网离线瞬间会产生电弧与过电压。弓网离线过电压幅值可达60kV，是额定电压峰值35kV的1.7倍。弓网离线过电压在列车的运行过程中会经常出现，因此会加速互感器高压侧绕组绝缘老化。

3、高压电压互感器烧损机理与应对措施

在列车运行里程相对较远之后，高压电压互感器的绝缘性能也会出现整体降低，这种情况下若是有较高的过电压侵入到高压绕组环境下之后，绕组的结构和层次之间就会承担较高的过电压，必然会导致绝缘介质被击穿的情况出现。当局部的匝间短路现象出现之后，高压绕组本身的电流就会呈现增大的趋势，产生出局部高温的情况。同时环氧树脂也会在高温的环境下出现形变的状态，环境内部的绕组也会出现交互运动的情况。为此在机车运行的过程中所出现的振动机械力也会直接作用在高压绕组之中。过电流所出现的热效应以及振动下的力也会逐渐的损坏高压绕组。另外在过电流的影响操作下，绕组局部位置也会出现高温的情况，热量在密封环境下逐渐的凝聚，环氧树脂等绝缘材料也会出现液化的状态，被融化的液体会在高温环境下被硅橡胶顶出，让高压电压互感器出现损毁的情况。当高压电压互感器整体绝缘出现老化之后，匝间短路就可能出现在高压绕组的不同位置，为此除却不同环境下的烧损外，也会导致高压电压互感器的内部硬件出现烧毁。因此在工作的过程中就需要在设计的基础上，做好合理化的参数设计分析。其次通过监测系统，实时开展高压电压互感器工作落实。

三、高压电压互感器在线监测系统的设计

由高压互感器损坏机理分析可知，高压绕组A段处承受暂态过电压导致绝缘击穿的概率较大。因此可以在A段埋设温度传感器，当A段的温度超过互感器正常运行预设的温升值时，则输出报警信号警示A段绝缘故障。温度采集采用DS18B20温度传感器，传感器读取温度信号，通过DQ信号线将数据传递给处理器，得到真实的温度值。DS18B20温度传感器测量范围为-55℃~+125℃。

高压互感器已发生匝间或层间短路但还未烧损时，根据互感器变压原理V1/V2=N1/N2可知，当一次匝数变小，网压V2会偏高。因此可以对高压互感器的网压进行采样监测。当网压在27.5kV～30kV之间，设故障代码为AⅠ，当网压大于30kV，设故障代码为AⅡ，根据一段时间内故障代码频次发出相应预警，提醒司机采取相应措施，防止故障扩大，发生炸裂事故。车辆入库后检测高压绕组直流电阻，与出厂值比较相差是否超过10%，以判断是否出现匝间或层间短路。

当高压绕组匝间局部短路或者局部绝缘损坏时，高压绕组电流会上升。正常情况下，高压侧电流为10mA左右。当高压绕组电流超过15mA时，Ⅰ级预警，超过30mA时，进行Ⅱ级报警。本文选用KT-A/PJ型穿孔型小电流传感器。它是一种微电流高精度的有源传感器，测量范围10mA～lA，输出4mA~20mA直流电流信号。电流传感器安装于高压绕组接地端，不影响电压互感器原有接线。

为保证最终的监测效果，在监测系统工作的基础上，就是在采集信号线路、控制装置以及显示器、报警器等装置界面构建形成。电压采集信号以及电流采集信号等工作的规范都是设计的主要部位。同时在实际的电流操作的分析的基础上，也要经过系统的模块化转型和操作内容的转换调节，才能传输到控制器中进行处理调节，继而达到最佳的工作状态，满足当前的工作特点，保证高压绕组的稳定工作状态。

总结：通过全方位的分析高压电压互感器烧损的基础原理，在基础上构建出系统的监测装置以及报警系统，可以在高压绕组电压、电流、温度等方面实施监测分析，以此当高压电压互感器出现故障问题后，可以及时的向管理人员提出预警，确定故障出现的位置。也能有效地强化高压电压互感器故障处理操作模式的优化，减少故障风险的出现，提升行车安全。

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