电力机车主变压器故障诊断技术分析

电力机车主变压器故障诊断技术分析

李志鹏

中国铁路呼和浩特局集团公司呼和浩特机务段  010030

摘要：随着城市化和工业化进程加快，电力机车已成为公共交通的重要出行方式。电力机车主变压器是作为其关键装置之一，通过将高压交流电源转换成适用于电力机车的低压直流电源，为电力机车提供稳定的电力支持。但电力机车主变压器在长期使用中容易出现各种故障，如短路、绝缘损坏等问题，制约电力机车的正常运行和使用寿命。因此，发展适用于电力机车主变压器的故障诊断技术已成为值得讨论的领域。就此，文章结合电力机车主变压器的相关故障诊断技术进行分析，旨在为技术人员提供指导建议。

关键词：电力机车；主变压器；故障诊断

前言

电力机车主变压器是电力机车牵引系统中最重要的零部件之一，其正常运行状态对于保证机车的可靠性和安全性具有重要的意义。如果主变压器出现故障，将会对机车的行车安全带来严重的影响，甚至会导致不良的后果。因此，对为了提升电力机车主变压器的故障诊断和处理效率，要分析电力机车主变压器存在的故障问题，提出相应的故障诊断技术措施，进一步保障电力机车主变压器的正常运行。

1电力机车主变压器概述

电力机车的主变压器主要是安装在机车上的牵引变压器，其功能是实现接触网电压的转换，接触网上的电压为25kv（额定电压，实际存在上下浮动），而电力机车上的各种用电设备多运行在较低的电压上，因而需借主变实现降压。

1.1主变压器的结构与接线原理

因电力机车是移动性交通工具，其运行过程中的负荷过大、震荡过大，电力机车上的主变压器和一般形式的变压器是并不相同的，电力机车在运行过程中受到的外部冲击和震荡，必然会影响车载变压器的正常运行状态。国内电力机车上的变压器按照绕组和铁芯的相对位置差异分为壳式和芯式两种类型，虽然存在一定的差异，但结构上基本一致。电力机车主变的核心组成包括绕组、铁芯、变压器油、冷却系统以及油箱等。电力机车主变上的故障通常由各个组成部分所引起。由于主变压器是牵引机车行驶的设备，会给电力机车提供动能负荷，所以电力机车的主变压器供电的接触网也会时刻发生变化。以HXD3C型的电力机车为例，该车采用主变压器是JQFP-10160/25型号的设备，可以将接触网的25kV电压转化为该车运行所需的各类低电压，进而维持电力机车的稳定运行。

1.2主变压器的保护配置

电力机车的主变压器设备属于油浸式变压器设备，运行状态包括正常的工作状态与不正常的工作状态及故障状态三种。其中，不正常的状态之所以和故障状态做出区分，是因为不正常的状态指代的是过负荷运行状态、油箱漏油状态、油位降低状态机油温过高状态等，这些运行状态虽然不正常，但多数情况下还可以维持运行，而故障状态则是受严重危害，不能再勉强维持电力机车的正常运行。如果检测到变压器已处于不正常的状态时，继电保护装置会立即发出报警信号。

2电力机车主变压器常见的故障

2.1绝缘老化

随着时间的推移，电力机车主变压器的绝缘材料会受到各种原因的影响出现绝缘性能下降的问题，这种情况被称为“绝缘老化问题”。

绝缘老化主要有两种方式：热老化和电老化。热老化是由于主变压器长期在高温环境下工作，或者因为电力机车主变压器热油泵、冷却风扇等组件出现故障导致的温度升高，造成绝缘材料分子逐渐分解和损坏，出现绝缘电阻下降的问题。而电路老化是由电场作用引起的材料老化现象，主要表现为材料的电气性能发生了变化，如绝缘材料的介电强度下降、电容值变化等。

2.2内部短路

内部短路问题是电力机车主变压器常见的故障问题之一，指的是主变压器内部绕组发生了互通电短路导致故障。这种故障可能由于绝缘老化、导体间隙过小、湿度问题、过载、外部电击等原因造成。内部短路会使得主变压器传输的电能互相叠加导致发热过快，引起局部温度升高，从而引发故障，情况严重的可能会导致主变熔毁。

2.3内部绕组接触不良

内部绕组接触不良也将会导致电力机车主变压器出现故障，通常是受到连接点腐蚀、机械损伤等因素影响，导致主变压器出现温度升高、电气性能下降、噪音等问题。当绕组接头出现问题时，电流通过的区域变窄，电流密度升高，引发短路、绕组发热等问题。

3电力机车变压器故障诊断技术措施

3.1变压器振动诊断技术

变压器振动诊断技术是一种常用的电力机车主变压器故障诊断方法，通过检测变压器振动的变化特征来诊断变压器存在的故障。振动信号的动态演变方式会随着变压器内部故障的不同而发生变化，有助于预测故障的发生及严重程度，可以帮助机车维修人员及时采取正确的维修措施，保证电力机车的安全和可靠运行。基于变压器内部故障会引起变压器内部产生振动信号，当变压器内部受到短路、接触不良、绝缘老化和机械损伤等故障时就会导致变压器内部的物理振动，利用加速度传感器、振动传感器等仪器，将变压器产生的振动信号捕获并放大处理，通过特定的算法分析，实现变压器故障的诊断。变压器振动诊断技术是非接触式检测，无需拆卸变压器进行检修，减少维修成本。同时对变压器内部不同位置的故障进行有效地判别和分析，包括绕组间短路、接头不良、轴承与机构的机械损伤等故障。

3.2热红外成像技术

热红外成像技术是利用红外辐射原理来监测物体或设备温度分布情况的非接触式成像技术。通过对物体发出的热辐射进行探测、转换和处理，将其转化为可视化的热图像，使人们直观地观察到目标物体的温度分布情况，对目标物体或设备的运行状态进行在线监测，是提高其效率和可靠性的一种高效检测技术。

在电力机车主变压器故障诊断中，热红外成像技术非常有效，主要原因是主变压器在故障状态下通常会伴随温度升高的现象，这种现象可以被热红外成像技术所探测并转化为图像。通过对变压器表面温度的实时监测和比对，可以快速地发现温度异常和错位现象，有效识别故障部位。在分析热红外成像诊断结果时，要综合考虑目标场景中温度分布的影响因素，譬如环境温度、气象条件等，同时要充分考虑监测周期和频次。

3.3绝缘电阻测量技术

绝缘电阻测量技术是常见的电气测试技术，用于判断变压器绕组绝缘的状态。在电力机车主变压器故障诊断中，绝缘电阻测量技术是常用的一种方法之一，在实际监测中，其实现方法和测量方法各有不同。

在直流电压法中，通常采用的是高压电源作为电源，对被测绕组两端施加相对较大的电压，通过电表对电压和电流进行测量，得到绕组的直流电阻。直流电阻法存在测量方法简单，适用范围广，易于掌握，具有经济实惠等特点。但却不能确定绕组内部的局部损伤，同时也存在电压的过高问题；在交流电压，低频信号法中，通常采用的是低幅值、低频率电压信号来对绕组绝缘进行检测。

结语

电力机车主变压器的运行可能受到多方面因素的影响，不同的故障因素在诊断方法和处理方法上存在很大的差异，机务管理部门在日常管理中需加强诊断技术和处理技术，将主变的故障率控制在较低的水平。就此，我们应充分发挥信息化、智能化的作用，科学诊断主变压器的运行故障，明确故障的具体位置和种类，采取科学的维护保养方式，对主变压器的故障进行及时准确的诊断和排除，进一步推进机车安全性和正常运行发展。

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