动车组牵引变压器油冷却器漏油分析及改善

赵政云

武汉高速铁路职业技能训练段湖北武汉430000

摘要：在变压器的日常运行中发现,大部分存在渗漏油现象,可能造成变压器轻瓦斯保护动作而报警,甚至一些变压器由于渗漏油严重,油面下降很快,导致引线及绕组暴露在空气中,造成变压器绝缘降低,引起绕组匝间短路或高压引线绝缘击穿而烧坏。所以对电力变压器的渗漏油管理不善,不仅影响生产,还会给电网安全运行带来严重威胁。因此,研究与处理变压器渗漏油非常必要。

关键词：动车组；牵引变压器；油冷却器；漏油；改善

1变压器渗漏油的原因

变压器渗漏油位置主要有:油箱与管道的连接部位,油箱本体的焊缝处,气体继电器与油道管连接处,温度计与本体连接部等。造成渗漏油的原因主要是由于密封垫的老化、焊接质量、外购部件不合适、检修工艺和装配不合适等。(1)密封材料(绝缘垫):存在弹性小、硬度低、吸收率高、抗老化性能差、薄厚不均等问题,长期在风吹日晒下老化,影响了绝缘垫的使用寿命。(2)没有正确掌握与使用油绝缘垫,装配时有沙土等杂物夹杂在中间,或使用不合格的捆绑材料,使得捆绑处过高,无法压紧。(3)制造及修理工艺粗糙,密封结合面毛面没处理,或修理时焊渣没有清理干净,检修时用铁榔头敲击密封面造成凹凸不平。(4)焊接质量差和焊接不合理,焊口处夹有焊渣造成漏油。(5)由于外购材料与现场使用不符合,选用材料的各种参数、性能不同,致使安装后出现渗漏油。(6)检修时,由于责任心不强,或技术水平低,没有按照规程及检修工艺规定进行,存在漏项、缺项、跳项问题,一些关键连接部没有更换胶垫,或以次充好、规格不对、代替使用。(7)发现渗漏油时,不分析原因和处理办法,一味地就是以紧固螺丝法处理,或利用堵漏胶等粘合,处理结果不理想。(8)装配程序不符合工艺要求,一些箱盖或法兰在装配时紧偏,与连接件间产生应力而发生弯曲变形,出现密封不严,或由于密封胶垫过于压紧,超过了密封材料的弹性限度,失去密封作用。

2油冷却器漏油机理分析

2.1油冷却器解剖分析

对线路运行时出现漏油故障的动车组油冷却器进行水浸气密性试验和解剖,发现解剖断面有大量腐蚀物,经化验主要元素为O和Al。通过气密性试验确认漏点后,发现漏点附近堵塞附着物较多,对堵塞附着物取样并进行化验,其含铁量达13%～17%。对漏点进行微观分析,存在明显的腐蚀痕迹。

2.2油冷却器腐蚀机理

动车组牵引变压器油冷却器是装在动车组底部,当动车组高速运行时,车轮与轨道之间、各运动部件之间磨损产生的铁屑及其他金属粉尘,通过风机驱动随冷风进入到油冷却器风道内部。目前动车组主要通过在油冷却器进风前端设置裙板格栅、过滤网、过滤器等过滤部件,以减少进入油冷却器内部的杂质及粉尘,但综合考虑过滤部件的过滤性能和通风阻力,仍无法完全阻止体积较小的铁屑和粉尘进入油冷却器。根据上述化验结果分析,一旦铁屑和粉尘残留堵塞在风道中,与空气中的水及其他化学物质形成原电池反应,发生电化学腐蚀,主要存在的反应有:

阳极反应(氧化反应):Al-3e-→Al3+;

阴极反应(还原反应):O2+4e-+2H2O→4OH-,2H++2e-→H2↑;

还可能有:Fe3++e-→Fe2+。

在油冷却器的腐蚀过程中,主要反应方程式:

上述铝板反生的腐蚀反应量一旦穿过隔板厚度,就会形成穿透性蚀孔,造成油冷却器漏油。

3油冷却防腐改善方案

由上可知,导致油冷却器漏油的直接原因是芯体隔板被外界腐蚀穿孔,因此,如何有效隔离芯体隔板与外界腐蚀物质的接触,减少铁屑和粉尘的残留,是提高油冷却器防腐能力的关键。

3.1阴极电泳机理

阴极电泳具有优良的防腐性、泳透率高、涂膜均匀、涂料利用率高、对环境污染小、易形成自动化生产等特点,广泛应用于汽车、建材、工艺品和五金等领域的防腐和装饰。相对阳极电泳,阴极电泳的被涂物不发生阳极溶解,漆膜的附着力、耐腐蚀性和泳透力更高,因而可使被涂物的内腔和焊缝泳涂得更好,适合内腔通道小、内腔涂装面积大的动车组油冷却器防腐处理。阴极电泳的主要反应机理如下:

(1)阴极上的反应

电解:2H2O+2e-→2OH-+H2↑;

电泳(电迁移):R-NH3+向阴极移动;

电沉积:R-NH3++OH-→R-NH2↓+H2O;

电渗析(脱水):在电场作用下,水被从阴极涂膜中排渗出来,引起涂膜脱水,而涂膜则吸附于工件表面,完成整个电泳过程。

(2)阳极上的反应

由上可知,电泳是在阴阳两极施加电压的作用下,带正电荷的树脂离子移动到阴极,并与阴极表面所产生的OH-反应,产生不溶解物,沉积于工件表面,形成致密光滑的电泳漆膜。在整个电泳过程中,涉及到的关键因素主要有:电泳材料、施工电压、温度、溶液PH值、电泳时间、固体分、烘烤的温度及时间等。

3.2油冷却器电泳处理

对动车组油冷却器进行电泳前,为提高油冷却器电泳漆膜的附着力,需对油冷却器进行前处理,在工件表面形成涂漆的良好底层,该底层可大大提高基体与涂层之间的结合力或漆膜的附着力,增强铝件的抗腐蚀能力。

由于动车组油冷却器的表面积很大(需电泳的总体积大小从几十m2到几百个m2不等),油冷却器电泳工艺及各参数的选择对电泳的深度和电泳漆成膜质量均具有较大影响,因此,在对不同油冷却器产品进行电泳时,需根据实际情况,合理调整各工艺参数。当油冷却器厚度变大、体积变大或翅片间距小时,则需选择泳透率高的电泳材料,适当增加电泳的电压、溶液PH值、电泳时间、固体分、烘烤的温度及时间,但上述参数若选取过高时,将可能导致击穿、槽液不稳定、漆膜溶解、漆膜滴落、漆膜缺陷等问题,需根据选择的电泳材料和产品实际情况合理选取。

对动车组油冷却器进行电泳后,油冷却器隔板与风翅片表面形成致密光滑的电泳漆膜,该电泳漆膜具有良好的防腐性能,可有效隔离芯体隔板、风翅片和外界腐蚀物质的接触,减少运行过程中杂质和粉尘在冷却器中的残留和堵塞。

4油冷却器电泳试验验证及对比分析

按GB/T2423.18-2008《电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ka:盐雾》对电泳后油冷却器的芯体样件进行中性盐雾试验,试验1000h后,油冷却器表面光滑平整,无腐蚀迹象。对芯体进行了水浸气密性试验,试验压力0.6MPa,时间30min,芯体样件无任何变形和泄漏。而未经处理的油冷却器仅经过24h盐雾试验后便出现腐蚀迹象。因此,电泳后油冷却器具有优良的防腐性能。

同时,对线路运行后的油冷却器进行解剖取样和对比分析,电泳层区域表面光滑无杂质残留黏附,非电泳层区域表面粗糙,残留黏附物较多。电泳层区域和非电泳层区域表面状况分别两者表面状况有显著差别,电泳层表面整齐光滑,未见腐蚀痕迹;而非电泳层表面凹凸不齐(比较多的凹坑),存在明显被腐蚀的迹象。由此可知,电泳后油冷却器的防腐能力明显提升。

结论

本文通过解剖与化验实际运行过程中出现漏油的动车组油冷却器,对油冷却器的腐蚀漏油机理进行分析,提出了油冷却器的防腐改进方案,成功将阴极电泳应用于动车组油冷却器的防腐处理。对电泳后的油冷却器芯体样件进行盐雾试验验证,并对比分析了线路运行后的电泳和非电泳区油冷却器表面状况。结果表明,阴极电泳可极大改善油冷却器防腐蚀能力,对动车组及牵引变压器的正常运行、降低生产和维修成本具有重大意义。

参考文献：

[1]孟谦.主变压器漏油故障的预防措施[J].安全,2017,33(07):27-28.

[2]王雪涛.浅析油浸变压器套管漏油现象[J].电气时代,2018(01):19.