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淺談動車組避雷器檢修技術

發布日期:2019-11-17   來源:《變頻器世界》19-09期   作者:楊文嬌   瀏覽次數:1398
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【摘   要】:動車組避雷器是保證動車組安全運行的重要保護裝置,其可靠、穩定的運行對保證動車組安全供電起著重要作用。現對避雷器檢修技術進行研究,并介紹了CRH380型動車組用復合外套無間隙金屬氧化物避雷器的檢修方法。

 

  關鍵詞避雷器檢修技術;動車組

 

 

 

1  引言

CRH380型動車組自投入運行以來,以高速、安全、舒適的特點受到廣大乘客的好評。隨著動車組運行時間及運行里程的增加,CRH380型動車組逐步進入五級修檢修階段,五級修是指新造或五級修后,運行(480±12)萬公里或12年(本次檢修距上次三級修不超過120+12萬公里或3年)進行的高級修。動車組高壓避雷器擔負著保護動車組高壓電氣設備免受過電壓侵害的重任,其自身的運行狀態直接關系到高速動車能否安全、穩定運行。目前,運營過程中動車組多次出現避雷器炸裂事故,因此對于避雷器的檢修技術研究也迫在眉睫。

2  避雷器工作原理

動車組用金屬氧化物避雷器主要由硅橡膠復合外套、芯體、接線端子、法蘭構成。芯體內裝具有優異伏安特性的氧化鋅電阻片,避雷器外套采用憎水性強的硅橡膠制成,能夠保護從接觸網發生的雷電涌或電路開閉引起的過電壓對車輛變壓器等設備絕緣的影響,具有自動恢復功能。避雷器具有體積小、重量輕、耐污穢能力優良等特點。


                                                (圖中:
1為
六角頭螺栓2為彈性墊圈3為平墊圈4為上接線片5為下接線片
                         
                                                              
 避雷器結構圖
   避雷器內部裝有優異非線性伏安特性的電阻片,當系統出現過電壓時,避雷器呈現低電阻,吸收過電壓能量,使被保護電器設備上的過電壓限制在允許范圍內,從而保護了電器設備絕緣免遭過電壓的損壞。在電力系統正常工作電壓下,避雷器呈現高電阻,僅有微安級的泄漏電流流過避雷器,起到與系統絕緣的作用。CRH380型動車組采用合外套無間隙金屬氧化物避雷器,其結構如圖1所示。

 

3  避雷器故障分析

在動車組運行過程中,避雷器發生燒蝕、壓力釋放現象,下面以YH10WT-42/105型避雷器曾發生故障為例進行分析。

3.1  避雷器故障概況

3.1.1  故障避雷器外部情況

1)避雷器高壓端(帶釋放標志)上金具(圖2)嚴重燒融,安裝螺栓(圖3)也有輕微的燒融,造成這一現象可能是由于此處發生放電引起的。


     

     圖2  避雷器金具燒損                                               3  避雷器安裝螺栓燒損

2)避雷器壓力釋放動作是在產品預留的釋放口處(圖4)釋放能量的。外套解刨后防爆口(圖5)清晰無開裂。根據GB11032-2010中6.11短路試驗,額定電壓42kV及以上的避雷器應具有壓力釋放裝置,以驗證避雷器的故障不會導致外套粉碎性爆破。
       




4  避雷器外套解剖前                      5  避雷器外套解剖后                                                                                    

3.1.2  故障避雷器內部解剖情況

1避雷器內部電阻片(圖6)有不同程度的受損,高壓端電阻片(圖7)受損嚴重,低壓端電阻片受損程度小。
















     
                                                    

     圖6  避雷器芯體解剖                        圖    7  避雷器電阻片

2)金屬鐵件(圖8、圖9)表面無銹蝕,銹斑。
     
    

              圖8  避雷器壓縮彈簧                            9  避雷器墊筒

 

3.2  避雷器故障分析

根據避雷器的結構和功能,其失效模式主要有:避雷器內部受潮、避雷器氧化鋅閥片老化、諧振過電壓作用下的避雷器頻繁動作。

1)避雷器內部受潮

避雷器密封不良導致內部受潮、內部絕緣性能下降,避雷器電阻片圓周面及內表面放電,強烈的放電能量極易引起避雷器開裂。引起受潮可能原因為:①避雷器兩端密封不嚴,長期運用過程中吸入潮氣;②充氮氣時帶入水汽;③絕緣筒及絕緣棒未烘干或者夾雜。

2)避雷器氧化鋅閥片異常老化

避雷器氧化鋅閥片個性質量不高,運用過程中老化較快,泄漏電流變大,引起發熱,循環惡化,直至引發避雷器開裂。引起避雷器異常老化的可能原因為:①個別電阻片存在瑕疵,電阻性能異常降低;②長期承受諧波過電壓;③電位分布不均。

3)諧振過電壓作用下的避雷器頻繁動作

供電區間存在高頻諧振,避雷器頻繁動作,內部積聚大量熱量,引起避雷器開裂。

4  避雷器檢修規程要求

針對上述可能導致避雷器失效的情況,對避雷器檢修規程進行了優化,制定一系列標準,以確保避雷器可正常工作。

4.1  外觀檢查

1)清潔避雷器,避雷器外觀良好,螺栓連接牢固。

2)避雷器傘裙檢修限度:

3)傘裙表面缺陷:

a)同一避雷器傘裙缺陷部位不超過5處,同一葉片不超過3處。同一葉片上有1處缺陷時,不大于葉片面積10%

b)2處缺陷時,均不大于葉片面積5%;有3處缺陷時,均不大于葉片面積3%。

c)半徑方向的長度不大于30mm。

d)避雷器本體缺陷深度不大于1mm或面積不大于25mm2。對于進口避雷器,由于R角較大,從傘裙邊沿向中心47mm-52mm為傘裙根部,超過52mm以內為本體。

e)對于直徑小于3mm的缺陷可不計數量,1cm2內小于3mm的缺陷不能多于3個,1cm2內小于3mm的缺陷超過3個則算作1處缺陷。

4)傘群缺損(缺口):

a)傘裙缺口不超過5處,同一葉片不超過2處。

b)當同一葉片缺口為1處時,沿圓周方向的缺損長度不大于50mm。當同一葉片缺口為2處時,沿圓周方向的缺損長度均不大于20mm。

c)徑向缺口長度不大于10mm。

5)傘裙裂紋:

a)傘裙根部無裂紋,傘裙從邊緣沿徑向無貫穿性裂紋,傘裙切向貫穿性裂紋不大于20mm。其他貫穿性裂紋均為不合格。

b)對于非貫穿性裂紋,裂紋長度小于5mm可不計,裂紋長度大于等于5mm可算作一處缺陷計數。對于密集的大面積的細小裂紋(超過葉片面積10%),即使裂紋不超過5mm,也算作不合格。

c)傘裙邊沿側面的沿圓周方向的橫向裂紋不大于20mm在電氣性能沒有問題的前提下算作合格。

6)目視檢查傘裙與金具無開膠現象,若避雷器存在開膠現象,國產避雷器可進行修復,國產避雷器修復后進行電氣性能測試,所有電氣性能測試通過即合格。

7)避雷器支架和連接母排,無裂紋、破損。

8)避雷器安裝后檢查其固定和電氣連接的緊固件,無松動。

4.2  電氣性能測試

1)直流參考電壓U1mA檢測

避雷器上施加直流電壓,待流過避雷器的電流為1mA時讀取電壓值,其值U1mA大于57kV。

2)直流泄漏電流檢測

在避雷器兩端施加0.75倍直流參考電壓U1mA,流過避雷器漏電流小于50μA。

3)工頻參考電壓試驗

在避雷器兩端施加工頻交流電壓,待流過避雷器的電流為1mA時讀取其工頻參考電壓有效值大于37kV。

4)用直流2500V兆歐表進行絕緣電阻測試,絕緣電阻值大于1000MΩ。

5)局部放電試驗

避雷器上施加工頻電壓升至額定電壓后保持2-10s,然后降低至避雷器的1.05倍持續運行電壓,測量其內部局部放電量不大于10pC。

6)密封試驗

先將避雷器完全浸泡在熱水中2小時,然后在進入環境溫度的冷水中24小時(避雷器據液面10-20mm,熱水與環境溫度的冷水溫差為40-50℃),浸泡后重新做直流參考電壓U1mA檢測、直流泄漏電流檢測及局部放電試驗,試驗前后直流參考電壓變化小于5%,漏電流變化小于20μA,局部放電量不大于10pC。

5  避雷器電氣性能實測

選取6只避雷器,分別進行以下電氣性能試驗,試驗項目如附表所示。

                                                                                   

依據避雷器研究性試驗大綱要求,所有試驗項目,按照檢驗依據規定的性能試驗各項全檢,其結果符合檢驗依據規定,性能試驗合格。其中密封試驗數據如表2所示。通過上表可以看出,YH10WT-42/105型交流避雷器試驗樣品性能良好,整體性能符合要求,測量值均滿足規定值要求。

6  結語

伴隨著CRH380型動車組運營數量和運用里程數的增加,動車組檢修已進入檢修高峰期,需要我們在今后的檢修過程中不斷總結積累檢修經驗和基礎技術數據,通過持續研究改進及各種試驗驗證,優化檢修標準,降低動車組檢修成本,同時對于避雷器今后的檢修的下一步工作為:

1)網側諧波跟蹤測試高壓供電回路的諧波情況,根據測試結果,分析高壓回路諧波對動車組特別是高壓系統的避雷器、電壓互感器、牽引變壓器等高壓部件的可靠性及壽命影響。

2)研究電流互感器位置優化方案

研究優化電流互感器的監測位置和判斷邏輯,力爭實現高壓單元及變壓器的故障定位功能。

3)小電流下能量擊破試驗

進行小電流下避雷器的可靠性及壽命試驗,并與線路諧波含量進行對比分析,研究提出車輛與供電匹配優化提升方向。

4)開展避雷器壽命研究,通過故障數據統計、檢修狀況分析與試驗驗證相結合的方式獲取避雷器殘余壽命。

 

 
 
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