HXD3C型机车避雷器故障原因分析及对策
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[摘 要]根据hxd3c型电力机车避雷器的运用现状和存在的问题，结合具体事例对避雷器炸损故障进行分析，提出了避雷器维护保养及故障处理的合理建议，达到指导现场检修与确保机车安全运行的目的。
[关键词]HXD3C型机车 避雷器 预防对策
中图分类号：R54041 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）10-0018-01
1.问题的提出
无间隙金属氧化物YH10WT-42/105D型车顶避雷器在HXD3C型电力机车累计装车2330个，YH10WT-43/108BN型柜内避雷器在HXD3C型电力机车累计装车1165个。2014年3月3日，HXD3C0563机车在出库前升弓试验时，Ⅰ端车顶避雷器炸损接地，导致高压接触网烧断，变电所跳闸。此次事故后，段方购买直流高压发射器对本段内的45台HXD3C型机车进行普查，结果如下表1：
上述45台机车普查时走行约35万～50万公里。由于车顶避雷器工作环境恶劣，动作频繁，当避雷器因内部电阻片老化被击穿引起压力动作释放时，会造成短路或接地等故障，将会引发接触网顶电、变电所跳闸，严重时还会导致因大电流烧断接触网等行车事故。为此，相关运用单位有必要注意日常维护，机车运行一段时间后做相关预防性的测试，保证机车运行的安全。
2.避雷器的作用原理
2.1 主电路原理
车顶避雷器F1和F2，分别并联于受电弓和高压隔离开关之间，可以抑制机车外部的雷击过电压和电网过电压，保护车顶和车内的高压电器。车内避雷器F3，并联于主断路器和主变压器原边绕组之间，它主要抑制主断路器开闭时产生的操作过电压，避免对机车内部的控制电器产生过电压侵害。车顶避雷器F1、F2的持续额定工作电压低于柜内避雷器的持续额定工作电压，从而确保机车外部的雷击过电压和电网过电压在车顶上就被抑制，避免进入车内造成危害。避雷器的接入情况如下图1。
2.2 避雷器自身工作原理
金属氧化物型避雷器芯体内装有优异特性的氧化锌电阻片，当系统出现过电压时，避雷器呈现低电阻，吸收过电压能量，使被保护电气设备上的过电压限制在允许范围内，从而保护了电气设备绝缘免遭过电压的损坏。在电力系统正常工作电压下，避雷器呈现高电阻，仅有微安级的泄漏电流流过避雷器，起到与系统绝缘的作用。
3.1 典型故障示例
故障示例1：
2014年4月18日，HXD3C0033机车担当K539次客运列车牵引任务，列车行驶途中，机车突然跳主断，TCMS微机显示屏显示网压低牵引封锁，乘务员立即停车，下车t望检查，发现机车Ⅱ端车顶避雷器炸损，司机隔离Ⅱ端受电弓后维持运行。该车于2010年10月23日新造，并于2012年12月27日两年检后到段，两年检后走行377318km。
故障示例2：
2014年7月17日，HXD3C-0781机车，担当K1185次客运牵引任务，列车运行途中，乘务员听到车顶有爆炸声音，t望发现接触网与受电弓间有火花，乘务员立即降弓，对机车进行车顶绝缘检测时发现三级报警，乘务员担心发生弓网事故，未再次升弓于17时07分通知车站请求救援。该机车2013年01月23日新造配属到段，走行480791km。
3.2 故障原因分析
针对上述示例中故障的避雷器，经返厂解剖检测发现，避雷器内部部分电阻片被击穿碎裂，形成的荷电率过高，最终导致剩余电阻片吸收能量过多，引起避雷器压力释放动作而炸损。避雷器电阻片被击穿的原因有如下几点：
1.由于机车顶部避雷器所处的位置，使用环境和条件比较苛刻，动作次数频繁，长期运行使避雷器吸收能量不断积累，性能逐渐劣化，最终导致个别电阻片加速老化。当某一次出现外电压能量过大时，避雷器就有可能发生故障而损坏。
2.在电力机车上主要的过电压为操作过电压，即断路器在运行过程中的操作过电压，以及机车运行途中换分相区产生的过电压。当瞬间产生的过电压及涌流超过了避雷器本身允许承载的能力时，避雷器只能通过自毁的方式切断大电流，以避免更大事故的发生。
3.在电阻片出厂时是对每批次的电阻片进行方波冲击电流耐受试验、大电流冲击耐受试验、加速老化试验进行抽检，该过程无法保证每片电阻片吸收能量大小一致，有可能存在个别电阻片的方波冲击耐受试验电流偏小，在后续负载下，相对其他电阻片更易老化被击穿。
避雷器炸损后成短路的“接地棒”，如果此时乘务员未能及时发觉而再次升起受电弓，就会在接触网与受电弓接触的瞬间，引起强大的电流通过空气介质，造成弓网间拉弧放电，从而使接触网烧损。
4.避免HXD3C型机车避雷器故障的防范措施
4.1 日常表面清洁维护
每次机车入库都应对机车顶避雷器伞套表面灰尘、油污进行一次擦洗，以避免伞套表面的油污越积越多，尤其是到冬季，北方雾霾天气较多，更要保证对避雷器的及时清洗，必要时，更换新的避雷器以保证机车的安全运行。
避雷器擦拭干净后，对其外观进行检查：检查避雷器外套有无裂纹、伤痕，判断避雷器有无缺陷。发现伞群有缺陷，伞群缺陷面积≥30mm2，应立即更换；发现伞群有开裂，伞群开裂深度超过2mm，长度超过15mm，应立即更换；避雷器护套有破损、开裂、飞石击破应立即更换；发现有电蚀、烧损等现象应立即更换。
4.2 重视6A系统的高压绝缘检测
HXD3C型机车6A系统中的高压绝缘检测是升弓前对机车高压设备绝缘状态进行确认，确保各设备绝缘合格后升弓。当机车在运行途中，对于车顶发生的顶电故障，接触网断电时，乘务员不应盲目升弓，需先做高压绝缘试验，对故障点有一定的判断，避免因避雷器炸损接地后升弓导致弓网事故的发生。
4.3 定期性能测试
避雷器在投入运行后应每季度用2500v兆欧表测试绝缘电阻，其阻值应大于10000兆欧；每半年对避雷器进行抽样试验；每年对避雷器应做预防性试验，具体项目为：
（1）直流参考电压测试U1mA：避雷器两端施加直流电压（直流电压的脉动不大于±1.5%），待流过避雷器的电流稳定为1mA时读取电压值，其值应≥58kv。
（2）直流0.75U1mA下的泄露电流测量：对避雷器施加0.75倍U1mA直流电压，读取电流值，其值应小于50μA。
5.结束语
综上所述，针对HXD3C型电力机车避雷器炸损的原因，为减少炸损故障的发生，运用单位应从日常保养、检修、运用等方面采取一定的对策，以保证机车的运行安全。
参考文献：
[1] 中国北车集团大连机车车辆有限公司.HXD3C型大功率交流传动电力机车培训教材[M].大连：中国北车集团大连机车车辆有限公司，2010.