试述和谐3型电力机车T型头烧损故障

试述和谐3型电力机车T型头烧损故障

刘业哲

中车大连机车车辆有限公司        辽宁大连        116045

摘 要：HXD3C是一种由电力驱动的六轴干线客车和货运列车。它是中车大连机车车辆有限公司研制、生产的第一款适用于客货两用的“和谐型”客车，采用日本东芝、德国庞巴迪等先进的机车，并以国内自主研制的HXD3、HXD3B为研究对象，研制成功。型号代码：HXD3C ，俗称“和谐”3 C 。研制一种新型的永磁同步发电机，采用交流直流驱动的电力驱动方式， IGBT水冷型变流器，1250 kW的大扭矩感应电机，最高运行车速为120千米/小时。利用微型计算机组成的网络化控制，完成了对机车网络的重连。本文就其高压 A端点、 T形头爆炸、烧断故障等几个方面进行了分析，并给出了解决办法。通过采取相应的措施，可以有效地降低由于维修过程中出现的设备故障。

关键词：和谐型电力机车；T型头；改进措施

作为机车动力系统中的核心供电元件，牵引变压器对保障列车的安全运行具有重要意义。其主要构成包括：变压器运动部件、贮箱、冷却系统及故障诊断系统。牵引变压器的接触网输入端经组合线 T形接头与高电压 A端相连，其故障多发生于此。HX系列列车牵引变压器原采用36 KV—630A的高压 A端，由于失效率较高，现已逐渐改用M400AR-3型高压 A端。而HXD3系列的机车，也已安装了M400AR-3高电压 A接线端.和谐3型电力机车为例，归纳了牵引变压器引起的机电故障的种类，并对相关的故障原因进行了分析，并给出了相应的改善方法。

1.T 型连接器简介及原理

1.1 T型连接器简介

俗称T形终端或T型头，为25kV线路及牵引变压器高压端锥套的可插接型连接器。由于列车顶部的高压电力装置是通过穿过墙壁套管、车辆内部的高压装置以及原变压器的原始电缆接线终端而完成的，所以 T型接头自身是不能独立接受电力的，需要与牵引变压器的外部锥形套管进行适当的装配与连接。它的导体是用具有优良导电性的电解铜制造的。将原侧的母变电缆终端用固定的螺柱固定在高压绝缘套筒的底端的圆锥处。

1.2 T型连接器原理

在高压线缆中，所述线缆的芯部具有一对地的（Cu）屏蔽层，所述屏蔽层与所述屏蔽层之间构成放射状的电场。即普通线缆的电场仅在（铜线）电力线上沿着（铜线）径向排列，而在线芯（电力线）不存在（电力线）的情况下，电场的分配是一致的。为了保证电力线路安全稳定工作，压力管道在 T形接头中起着关键作用。对于缆线主体而言，其芯线外表面无法形成一个圆形，且芯线与屏蔽层之间的距离将不尽相同，按电场原则，也会产生一定的场强，这也不利于缆线的绝缘。为了最大限度地实现内电场的均衡，在芯线外侧加一环形半导体膜，使得各主要隔离膜的厚度大致相同，从而实现了场强均衡。在主要绝缘层之外，在铜屏蔽层中，还设有外部的半导体层，以消除铜屏蔽层的不平整性，以避免非均匀的电场。应力管道采用电参量，迫使电缆绝缘保护截面上的应力分散更均匀地沿着应力管道进行。

2.故障现象及原因分析

2.1 36kV-630A 型高压A端子击穿烧损故障

（1）故障发生后的检查异常项

静态检查：25kV高压电缆 T形接头的放电烧毁；牵引变高电压 A端放电引起的烧伤；严重时可见到法兰固定螺栓烧损；25kV高压电缆防水垫的内侧线缆出现烧毁，甚至裸露；高压 A端子有显著的泄漏（轻度也有无泄漏）；变压减压阀启动。

牵引变压器油化验气相色谱分析：除了变压器机油破损比较严重，乙炔、氢和总碳氢含量超标（如表1所示），有低压弧放电的情况外，其他的故障都没有发生。

表 1 故障牵引变压器油化验数据

（2）原因分析

在日常的维修和维修中，由于对高电压 A端和 T形接头的保护措施不当，致使高电压A－端子和 T形接头之间的接头发生了松动；高电压 A端与 T形接头组装时，接头处的密封不严，有空气间隙，有异物。由于外界过电压冲击和电网侧谐波的长期影响，使低压 A型端子环氧材料发生了老化，使其耐压性能降低。

由于高电压 A端自身存在诸如屏蔽网偏心、屏蔽网端部尖角、屏蔽网接地不良、导线悬挂或散落等问题，长期运行使端子环氧老化，耐电压性能降低，网侧线通过电压的冲击，使 A型端子导杆与屏蔽网发生放电爆炸。

2.2 M400AR-3 型高压 A 端子 T 型头炸损故障

（1）故障发生后的检查异常项

静态检查： T形头有显著的放电和烧着。拆卸后，发现 A型高压端子的表层被烧焦，导线烧毁；高压 A接线端的螺丝被卡住，导致高压接线机头出现放电黑色；组合线缆 T形接头烧断，有电蚀、高温焦痕及放电发黑等情况。如图1所示。

(a) 牵引变压器 T 型头装配处       (b) 高压 A 端子

(c) 高压电缆 C 终端    (d) 高压电缆连 C 终端连接螺栓   (e) 绝缘塞

图 1 T 型头炸损后各部件表现

（2）原因分析

因组装错误，使高压电缆 C端接头和高电压 A接头的接头部位挤出了硅树脂，因高温和长时间使用没有进行清洗，使 C接头上的硅树脂炭化，黏附在高压电线接头上，使 A端子和 T形接头之间的接触阻力增大，使 T形接头的温度迅速上升，使 T形接头出现扩张，形成放电通路，从而出现放电击穿的故障。总体而言， A接线端和 T形接头的安装面上的硅胶硬化没有得到很好地清除，是造成间隙放电故障的主要因素。

2.3 M400AR-3 型高压 A 端子 T 型头烧损故障

当出现事故时，由于真空开关在第一时间内没有感受到弓网压力，造成了保护动作。当机组人员跳到主尾部时，检查出牵引变压器和 T形头部的组装部位出现了显著的不正常现象，主断路器未再次闭合。

（1）故障发生后的检查异常项

静态检查：如图 2 所示，发现在牵引变压器和 T形接头上有明显的放电现象，有黑色和电蚀痕。拆卸了 T形插头后，在其上的绝缘插头出现了烧蚀、缺损；T形接头内部接线终端表面出现黑色，缺损，瘤等现象；A型高电压终端的外观呈黑色，陶瓷瓶的表层粘有炭粉，没有其他显著的缺陷和畸形；螺柱锁定垫片应该是固定在螺柱的长螺纹边，而事实上是固定在螺柱的短螺纹边；在 T形的套筒上开了一孔。

(a)牵引变压器 T 型头装配处           (b) 绝缘塞

(c) T 型头内接线端子           (d) 高压 A 端子

(e) 双头螺栓                 (f) T 型套管

图 2 T 型头烧损后各部件表现

（2）原因分析

由于 T形套筒的顶部有一定的开孔，造成了该部位的密封不好，再加上长期运转中灰尘、雨水等杂质的积累，使得 T形套筒的外表面的绝缘性能不断下降。由于 T型头线耳和两端螺钉无防松动垫片，造成 T型头线耳和两端螺钉间存在缝隙，造成空气间隙放大。在 T形管壁的绝缘能力降低到某一程度后，这种间隙的放电会使其在小孔中产生一种放电，使原孔中的护套熔化，使其直径增加，从而烧毁 T形头。

橡胶绝缘套头及 T形头部内的橡胶绝缘套管中含有异物，这种异物的出现有两种可能；一是施工时没有注重工作区域的卫生，致使粉尘掉落，二是在使用时，粉尘通过间隙渗入了橡胶绝缘套中，从而在堵塞表面产生了爬行，从而引起了烧毁。

在安装 T形接头时，没有严格按技术规定进行，在长时间的使用中，因为没有对振动进行及时的检测，导致在绝缘套管与堵塞之间出现了间隙，在高电压状态下，间隙中的湿气和杂物都会导致大电流爬电。

工人在装配 T形接头时没有严格遵守50 N·m的技术规范，太大或太小的扭矩都会导致 T接头在高电压工作条件下出现弱连接，容易出现“放炮”。或当扭矩满足规定时，它的两端固定螺钉发生了没有全部拧进螺帽的底端，导致拧紧不足，导致垫圈和高压缆线末端有间隙，并因长时间的振动而产生“放炮”。

2.4高压穿墙套管烧损原因分析

（1）故障发生后的检查异常项

高压穿壁套管在外界的力学作用下，在其树脂中产生微小的裂缝，并在长时间的振动作用下，产生微小的裂缝，最终引发爆炸和烧毁。导致外墙力学损坏的因素包括：搬运和装配中的撞击、顶盖法兰安装表面不平整、固定螺钉拧紧引起的压力，以及高压穿壁套管0形密封件未全部插入密封圈槽而导致穿壁套管产生弯曲（这也会导致高压穿壁套管渗漏到 T型插拔头）。

（2）原因分析

高压穿墙套管与顶盖的4个安装螺栓拧紧扭矩最大不能大于120N·m，而高压穿壁套管和高压电缆接线终端的连接螺柱扭矩最大不大于60N·m。在高压穿壁套管的施工过程中，操作人员没有严格遵循技术规范，导致了安装螺栓及螺丝的扭矩过大，导致了其内部及外部出现了微小的裂缝，当列车工作一段时间后，这些裂缝就会扩大，导致贯穿壁套管的绝缘失效，最后导致套管烧毁爆炸。在对高压穿墙套和高压电缆压接端子的螺钉孔进行检测时，发现存在不符合要求的内螺纹，导致双端螺钉无法成功地旋入高压穿壁套管中。若使用扳手旋进，则因其铜螺纹孔的硬度低于铜双头螺丝，因此，在穿壁套管的铜螺纹孔中，双端螺丝会产生攻丝效应，导致一些铜粉和铜渣落入 T型插拔头的内侧，并与硅脂混合，导致铜粉、铜渣及油脂混合在 T型插拔头外侧导电层上，从而产生一条短路通路，将 T型插拔头及与之相连的高压穿壁套管烧毁。

3.改进措施

2.1高压 A 端子和 T 型头有关故障的改进措施

（1）对牵引变压器 A端的内部屏蔽网进行了偏心检验，并对高电压A－端的屏蔽网的偏心进行了严格的控制。利用 X射线照相法，对牵引变压器高压 A端内的屏蔽网和中央导线有无偏斜，若有偏差大于2毫米，不准装车。

（2）高电压 A端和 T端的组装，严格按照操作规程进行，认真检查。螺柱及相应的安装螺孔螺纹应清洁完好，状况良好；严格控制涂油量，涂抹部位，确保终端与高电压 A终端的界面和终端与绝缘插头的界面干净，不含硅油脂；安装表面应保持干净，锁圈定位准确，双端螺栓应严格按50N

·m的要求拧紧，不能有任何违规行为。

（3）加强 T形套管的检测与保护，避免 T形套管出现断裂、密封不良等不正常现象。

（4）以M400AR-3高电压 A端子代替HXD1系列机车牵引用36kV-630A的高压 A节，并与故障检修、C6检修相结合。

（5）全面检查高压穿墙筒的安装状况，确保安装面平整，安装螺栓及电气连接的螺栓拧紧扭矩，电气接头必须干净，并满足工艺规范。

（6）在安装高压穿壁套管前，首先要用双面螺丝对螺纹 L进行检验，保证可以人工轻松地旋上，如果无法成功旋入，则要在高压穿透壁套管的螺孔上进行钻丝，然后用高压风将钻孔中的杂物清理掉，然后才能进行装载。为保证在输送管道时不发生撞击、挤挤，必须采取手工操作方式，严禁使用风枪进行螺丝拧紧。

2.2预防措施及建议

在 T形接头的装配中，要严格遵守其技术规范，用乙醇对堵塞和两端的固定螺栓进行清洗，在安装的时候，要戴上特制的橡皮手套，并要注意保持工具的干净，同时还要保证施工现场的卫生，把好的防尘工作做好，防止二次污染。在安装过程中，要确保能够用手将堵塞和两端的固定螺栓顺畅地拧入到螺纹中，然后再用扭矩扳手将其拧紧，工作人员必须保证螺钉已全部拧到了螺帽的下方，从而使50N·m的扭矩以及它里面的垫圈足够的作用。严禁使用电钳、气枪等工具，造成不能满足规定的扭矩。在施工时要小心在塞头及橡皮管上涂上硅树脂，以免终端面上有硅垢而不能维持干净。根据维修计划，安排人员在检修过程中对 T形接头外表面进行检测，看有无异样或有发热现象，同时要检测其拧紧扭矩为50N·m，若发现有松动现象，应采用50N·m扭矩扳手拧紧。为避免出现安全隐患，不宜在地下进行。

结束语：

综上所述，HXD3C是一种客货两用的动力机车，它增加了列车供电箱、客转换开关、供电插座、双管供风设备等，既可以为列车供电，又可以为列车供电，还可以为列车供电DC600V，具有牵引集中式供电旅客列车的能力，可以与目前中国铁道广泛采用的25G型机车供电的机车供电客车底部进行配套。为缓解中国铁道列车在轨运行中存在的问题，提供了一种有效的途径。由于和谐3型系列电力机车的数量越来越多，使用里程也越来越多，目前已经是担负着旅客列车的主力，采用上述方法，将T形接头烧坏的情况大大降低，确保了机车的安全、从而实现稳定运转。

参考文献

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