电力机车主变压器次边保护电路电阻过热故障及改进设计

任 琳

（潞安集团铁路运营公司，山西 长治 046031）

1 问题的提出

在SS4G 型电力机车当中，主变压器是该型电力机车的心脏部件。该电力机车的主变压器次边设计安装有RC 吸收电路，输入电压为变压器次边电压，该RC 吸收电路主要作用是用于抑制操作过电压和整流器换向过电压。在机车正常运行当中，过电压吸收回路可以利用电容吸收能量，从而产生大量热能，该电阻安装在功补柜内，由于机车功补柜结构和工作条件限制，无法及时将热能散去，运行时间过长就会致使功补柜内的温度过高，主变压器中的线路和环氧玻璃布板等零部件在过热状态下容易加快老化，进而会导致主变压器电阻接线过热和烧损故障发生，影响SS4G 型电力机车的安全行车。

2018 年，山西某铁路运输公司SS4G 0622 机车在运行期间突然主断跳开，司机确认弓网正常后，重新闭合主断给流，当电流达到600 A 时，主断再次跳开，“主接地”灯亮。机械间检查发现A 节功补柜室内有电阻烧损。次日对该机车进行3 次小修，检查发现A 节功补柜内电阻也有严重过热现象。针对此类问题，探索采用增大功补柜电阻散热空间、增加隔热材料的方法，防止功补柜过热、烧损故障。

2 机车产生过电压的主要原因

SS4G型电力机车的过电压主要包括雷击过电压、过分相后电网相序变化过电压、操作过电压等[1-2]。对以上几种产生过电压的规律总结发现其回路电量参数会发生突变。SS4G 型电力机车其实是一种高频设备过电压，雷电波会沿接触网传入机车电路当中，其过电压最大峰值电压为175 kV。在运行过程中以上过电压的产生就会造成SS4G 型电力机车PFC 开关柜牵引绕阻过压吸收电阻频繁烧损的主要原因。

SS4G 型电力机车PFC 开关柜布置密集，其布置空间的有限，在电力机车进行全面检修时PFC 开关柜的故障电阻很难进行有效的检修和更换。同时因为该SS4G 型电力机车在运行过程中过电压吸收电阻导致的持续发热会不断对PFC 开关柜内的线簇烘烤。其结果是塑料蛇形管及相应电缆绝缘层烤熔引发电路短路故障。

3 过电压吸收电阻原理与作用

过电压吸收电阻与吸收电容串联后组成阻容保护电路，分别并联在主变压器4 个牵引绕组上，用以限制或吸收大气过电压、电网变化过电压、操作过电压、整流器换向过电压等。它是利用电容能够吸收能量、电容两端电压不能突变以及电阻能够消耗能量的特性进行工作的，其原理图如图1 所示[3-4]。

图1 过电压吸收电阻原理示意图

SS4G 型机车主变压器四个牵引绕组过电压吸收电阻（73R、74R、83R、84R）采用RXG800A，6.2 Ω，800 W 两根电阻并联的形式分别安装于开关柜后，其布置如下页图2 所示。

4 过电压吸收电阻的改进措施

机电过电压吸收电阻烧损会严重影响机车的运行安全，必须进行有效改造。针对SS4G 机车主变压器的实况，设计了如下改进方案。将同步主变压器进行移位改造、设计并制造同步主变压器安装支架及安装底板。安装支架使用的是30 mm×5 mm 的角铁，尺寸如图3 所示；安装底板采用10 mm 厚环养玻璃布板，示意图如图4 所示。

图2 布置示意图

图3 安装支架尺寸示意图（单位：mm）

图4 安装底板示意图（单位：mm）

同时还必须做好过电压吸收电阻的运用保养作业，主要包括以下几点：设计增加绝缘隔离板，安装在过电压吸收电阻、功补放电电阻和同步变压器之间；对机车的滤尘网进行定期和不定期检查，并及时清洗滤尘网保障其通风良好；对电压吸收电容进行及时检查及维修更换；定期检查电阻连接导线是否有断股、电阻是否过热变色，螺栓是否松动现象，定期清扫电阻表面灰尘，防止爬电现象以及改善电阻散热条件。

5 解决负载电阻过热问题

对SS4G 机车局部安装和布线结构检查发现，其安装和布线的不合理是造成散热不良、局部过热和绝缘破坏的主要原因。针对这一情况，采取以下措施能有效解决负载电阻过热问题。

1）针对环氧玻璃布板容易烧损的问题，采用瓷绝缘子进行代替，同时在设计时瓷绝缘子支撑增高25 mm，可以有效解决因过热导致的环氧玻璃布板烧损问题。

2）引出线进行调整，将以往的2.5 m2调整为6 mm2高压聚稀烃电缆，该改进措施可以有效解决接头与电阻引出铜排接触面小、引发导线和接头发热[5-6]。

3）采用螺栓安装进行固定，在安装铁板上钻孔。改造后PFC 柜布局图如图5 所示。改进后的RC 电路电阻的散热情况得到了大幅度改善，在近2 a 的使用过程当中，因电阻过热烧损问题而产生的故障降低了95%，有效提高了设备运行的安全性。

图5 改造后PFC 柜布局图

6 结语

电力机车主变压器次边保护电路电阻过热故障的改进方案，既无需对PFC 柜进行大的改造，又能解决RC 电路电阻过热烧损的问题，实用性较好。尽管该改造设计增加了部分材料成本费用，但相对比改造前因电阻发热导致的主变压器故障损失来讲，安全经济效益非常明显。

采用该改进设计方案对山西某铁路运输公司前期接入的4 台SS4G 机车进行了改造，从2018 年5月起对改造后的机车功补柜的质量情况进行跟踪观察，改造后功补柜已无过热烧损现象发生及相应故障产生，有效提高了机车主变压器各部件的使用寿命，提高了机车的运行安全。