电气化铁道电气设备绝缘状态检测技术及成套设备

电气化铁道电气设备绝缘状态检测技术及成套设备

陈章奇

（中山市明阳电器有限公司广东中山528437）

摘要：状态检测在一些发达国家发展较快，状态检测是在现场随时监测和采集到的各种参数和数据传输到计算机数据库，建立评判标准，建立每个设备的历史状态参数的曲线，并绘制各个设备的品质参数变化趋势，将检测到的数据参数依据评判标准进行评判，依据评判结果提出处理建议，及时调整各种参数，逐步实现了从机组异常事后分析到异常现象事先分析的飞跃。我国电气设备绝缘在线监测技术经历十多年的的发展，技术上日渐成熟。本文分析了电气化铁道电气设备绝缘状态检测技术及成套设备。

关键词：铁道电气设备；绝缘状态检测技术；成套设备；

电气设备在运行过程中绝缘性能的好坏是决定其寿命的关键,从电气设备维修进步和发展看,已从停电预试转入状态维修,而绝缘状态维修的基础就是电气设备绝缘在线检测与诊断技术。

一、绝缘系统老化规律分析

绝缘材料的老化通常由热老化、电老化、多应力联合老化等因素造成，对于运行在湿度较大环境中的设备，湿度对绝缘材料尤其是潮气敏感材料(如聚酯等)老化过程的影响也不可忽视。从本质上来看，影响绝缘老化的最主要因素如电、热、机械应力、潮气及辐射等，都以化学反应的形式作用于绝缘材料，因此在分析化学方程反应速率的基础上，应该可以找到一种统一的形式来表示多应力下绝缘系统老化规律。

1.热老化。电气设备在运行中会产生热量，导致绝缘材料的温度升高。若绝缘材料的温度高于其允许工作温度，会导致寿命降低。研究结果表明，不同等级的电机绝缘对应的半寿命温升不同，具体见表1。

2.电老化。绝缘材料在电场应力作用下的老化行为尚无定量化描述的理论公式。通常采用倒数幂关系的经验公式来表示绝缘材料在外施电场下的老化规律:，式中:E为外加电场;K为试验确定的常数，与具体的绝缘系统或材料有关;n为电压耐受系数，须在一定的电压和温度下经试验确定。一般认

为纸的抗拉强度下降到50%时绝缘寿命已尽，设备即应退出运行或进行相应的处理。目前这方面的研究并不完善，需要继续开展研究工作。

二、电气化铁道电气设备绝缘状态检测技术

1.绝缘状态在线检测技术。从信号的种类又分为温度、油色谱、泄漏电流或损耗、局部放电等。因此针对不同的设备绝缘及不同的性能特点，选择不同的监测信号。各个监测装置将检测到电气设备的各项电气性能参数，不断的传给工控机。而监测系统依据研究结果和经验，建立一套诊断规则。具体诊断方法分为模糊诊断、逻辑诊断、统计诊断三种。逻辑诊断是用“有”和“无”，或“好”和“坏”。来表征针电气绝缘的特征和状态的诊断结果。虽然简单明了但是过于简单，诊断准确度不高。模糊诊断对电气绝缘的状态和特征用“很强”、“良好”、“正常”、“较差”、“差”，对某一故障用“重故障”、“故障”、“轻故障”、“警告”、“无”等来表征诊断结果。统计诊断考虑被测对象特征参数分布的不确定性处于同样状态的同类设备，其特征参数并不相同，而按一定的统计规律分布，统计诊断依据大量的试验数据以及长期的运行经验，综合各个因素之后确定合适的诊断。因此模糊诊断和统计诊断准确度较高，但是方法复杂，目前正在研发中。

2.电缆故障在线检测。一是电桥法：适用于低阻及短路故障，需要事先知道电缆线长度等数据。多年实践经验我们知道，这类故障通常为高阻及闪络性故障，故障电阻很高使电桥检测电流较小，因此一般的灵敏度仪表很难探测。二是脉冲回波法：主要适用于低阻与断路类故障，利用仪器发出的电磁波遇到特性阻抗不匹配时产生反射波的原理，检测出故障电缆上的电磁波发送和返回的时间间隔，依据电波在电缆中的传播速度计算出故障点到测试点的距离。三是脉冲电压法：主要适用测量故障相对地电阻于大于10kΩ的高阻与闪络故障。在将电缆故障中施加直流或脉冲高压将故障点击穿，利用检测仪器测出放电脉冲在测量点与故障点往返一次所需的时间来测距。四是脉冲电流法：该方法也是是将电缆故障点用高压击穿，但是脉冲电压法不需要将故障点烧穿。这时监测仪器根据记录下故障点击穿产生的行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间计算出故障距离。目前此方法是常用的电缆故障点定位法，此方法的特点是故障点必须在测试人员附近2~3m左右时声音信号较强，对现场测试人员的经验技术要求较高。

3.状态维修。一是把超声探测作为一种无损检测技术用于聚合物试品的老化探测，是绝缘老化检测最经济实用的非破坏性测试手段。目前，多采用脉冲－回声技术，以A扫描模式(将入射波与反射波同时显示在示波器屏幕上)探测绝缘缺陷，能检出诸如绝缘介质中的空腔、裂纹、分层及电、水树枝、介质中包含的异物、介质不均匀及局部机构应力集中等。该技术还可用于多层结构的实际绝缘系统。二是局部放电是有机绝缘逐渐老化最终击穿的主要原因，它能够反映设备的绝缘状况。目前，对局部放电机理的研究较多，但是精确定位局部放电源及确定放电对绝缘的危害程度还有很大难度，需要进行深入分析和实践。

三、成套设备分析

牵引供电设备的可靠性成为影响铁路运输安全和能力的重要因素。针对铁路特有主接线方式、冲击性负荷造成的热点温升频繁过冲及相关系列问题,以及AT供电等方式下,绝缘信号提取的微电流零磁通传感器技术、电压信号的无相移提取,建立了灵敏可靠的绝缘监测和评估系统。

1.电气试验工程车是一种基于牵引供电设备绝缘破坏特征及表征参量、牵引供电特殊的接线方式研制的车载移动式、微机全自动控制、适用于电气化铁道电力设备综合试验的新型装置,主要用于预防性试验和交接试验,节约试验时间约70%,解决了高速和重载铁路运输任务日益繁重造成的天窗时间缩短、试验时间紧张等突出问题。通过该系统可对电气设备开展的试验包括:绝缘电阻试验、线圈直流电阻和断路接触电阻测试、设备绝缘介质损耗试验、泄漏电流试验、断路器固有分合闸时间测试、避雷器非线性特性测试、变压器和互感器变比试验、补偿装置的电容和电感的测试、接地电阻测试等。

2.车载移动式高电压试验平台集成了专门研制的开发了小体积、强绝缘、大容量程控式高电压试验电源;采用快速、准确、可靠的线路切换技术,通过系统集成方式,开发车载移动式电气设备高电压试验的自动化装备,针对牵引变电所特殊的电磁环境,研究其各种保护、电磁兼容技术;开发了电气设备管理信息系统,建立多元化、网络化的电气设备状态信息数据库,采用人工智能,并通过横向与纵向比较诊断设备状态。

3.机车(动车)绝缘状态检测装备用于PWM高压连续脉冲下的绝缘耐压试验、绝缘老化试验、以及局部放电试验,改变我国高速和重载铁路牵引电机只能采用直流或工频高电压等效试验的状态。发明的用于变频调速牵引电机绝缘试验装置,可用于耐压试验的大功率PWM高压方波脉冲电源,上升沿时间小于200ns,最大试验电压不大于15000kV,频率120kHz可调,功率不小于2kW。大功率PWM高压方波脉冲电源在上升沿时间、电压、频率三个性能与国际最先进的同类性能相当,其他性能同等条件下功率2kW要远远大于现有产品的400W,即本成果可以对实际电机进行试验,而现有产品只能对电机绝缘材料进行试验。

传统的绝缘试验方法存在明显不足,对高压电气设备绝缘进行在线检测将成为电气设备维护的重要组成部分。本文分析了电气化铁道电气设备绝缘状态检测技术及成套设备，为电气化铁道高速发展提供了技术保障。

参考文献

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