動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障分析及改進

張楊寧 張立偉 馬海濤

摘要：據統計動車組在運營過程中發生故障多數是由于車頂的高壓電氣設備頂絕緣子放電、燒損等設備閃絡所引起的。加強動車組列車的安全性和減少故障率，具有極其重要的促進社會經濟發展的現實意義。基于此，結合筆者工作經驗。筆者將對車頂高壓電氣設備配置外絕緣性性能及結構優化進行研究，探討引起閃絡的內外界因素，如：高速氣流、運行時長、高海拔和風沙等對絕緣子容易產生影響的因素，加以分析并提出關于預防閃絡的具體可實行措施，同時對于日常保養也提出了建議。希望能為有關部門人員在工作上提供經驗和參考。

關鍵詞：動車組;電氣設備;車頂;高壓;閃絡故障;改進

隨著我國的鐵路建設發展勢頭越來越強，作為重要交通運輸工具之一的鐵路運輸，動車組又是鐵路運輸的重要組成部分，而動車組車頂的高壓電氣設備就是動車組的心臟。然而動車組車頂高壓電氣設備閃絡會造成動車高壓設備絕緣故障。尤其是在我國的高速動車組列車越發的普及的今天，由于動車組之前運行時間相隔較短，一輛列車組的故障將會引起多趟高速列車組的晚點，產生晚點多米諾效應。所以高鐵動車組的車頂電氣設備閃絡故障不僅會給乘客帶來損失，也將給鐵路運營公司乃至廠商都帶來不可估量的經濟影響，以及社會輿論影響。因此高速動車組列車的安全穩定的運營得到足夠的重視，要求我們迫切的去研究和分析發生動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障的原因從而提出改進的切實可行措施。

一、動車組高壓設備外絕緣結構

目前我國高速列車組的車頂高壓電氣設備普遍安裝于主變壓器車受電平臺上，除了將陶瓷絕緣體用在主斷路器上用來與車體絕緣意外。還通過裸銅軟線對高壓電氣設備間進行連線實現電氣連接。電力機車上部網側由絕緣子對25kV電路中的電器進行支撐和絕緣，再加上由于其工作環境的惡劣，變會發生閃絡故障。之前鄭州鐵路局對于此現象進行了探討和研究，并采用了一系列改造措施，通過噴涂橡膠涂料在絕緣子上的方式大幅度的減少了動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障。盡管如此，由于近年來高速列車車組的技術不斷進步也對環境等要求越來越嚴格。在京廣線上就發生過多次的動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障，嚴重的對鐵路運輸安全運輸生產造成了影響。

二、動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障機理及原因

通過對之前動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障的時間和一些環境因素對比發現，在0度至3度之間時，在霧雨天氣濕度較大時候以及環境的污染指數過大時，故障多數發生在變電所的附近或者是站內機車時候。經觀察分析得出，認為是由于絕緣子的污染較為嚴重的環境下積污過多，再加雨霧天氣的干擾，形成了局部電離面，電流造成一定的泄露。如果泄露的電流發生動態變化，那么表面的電壓分布就將變得不再均勻，從而電暈現象會產生，空氣被電離。即便在之前采用了硅橡膠涂料對絕緣子的表面進行噴涂改造，短暫的提高絕緣子的耐污能力，但是時間長了絕緣子的表面硅橡膠涂層便會產生程度不等的龜裂現象，導致絕緣子的絕緣能力大幅度下降，經調查發生龜裂的硅橡膠涂料層的絕緣能力比不噴涂涂料的絕緣子還要低，再叫龜裂的裂縫不易清潔，更容易藏污納垢，尤其在雨霧天氣，便會導致電橋，加上外部的電壓，極易發展成為閃絡故障。

在高速動車組高速行駛的過程中，車頂上的電氣設備在迎風面，氣流對設備表面造成沖刷作用，然而背面形成渦流區，極易造成凝霜和積污。雖然在行駛過程中氣流的冷卻可以對絕緣子閃絡擊穿產生抑制作用，但是在列車停站時處于臨界狀態的冰霜變回在高壓電機作用下融化，冰霜內的雜質會導致短路。閃絡放炮甚至燒毀絕緣子。最終導致動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障，影響高速列車組的安全穩定運營。

通過以上兩種動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障的分析，大致故障的原因可分為3種：電氣設備的結構和工藝引發的高壓電氣設備閃絡、電壓所引發的高壓電氣設備閃絡、環境因素引發的高壓電氣設備閃絡。

（一）電氣設備的結構和工藝引發的高壓電氣設備閃絡

大多的高速列車組的車頂高壓電氣設備都是選用裸銅軟連線進行電氣連接的。在連接線的重力作用下，發生下垂，并且在高速列車組行駛過程中由于空氣和風力的沖擊，進行搖擺作用。在這種環境較為惡劣的情況下，致使列車組電氣間的間隙小于標準，導致電氣間隙空間不足，也就造成了動車組車頂高壓電氣設備對車頂及空氣放電。除此之外，動車組車頂高壓電氣設備之間的連接多數選用緊固螺栓，在緊固螺栓的端部易形成尖端效應，當列車組行駛到環境惡劣的地方時，動車組車頂高壓電氣設備便會通過禁錮絡栓的尖端對空氣或車頂產生放電現象。

（二）電壓所引發的高壓電氣設備閃絡

大多的高速列車組的車頂高壓電氣設備的絕緣設備都是選用復合絕緣子。雖然經研究這種復合絕緣子在爬電和憎水行優良情況下的污穢絕緣強度要遠遠大于玻璃絕緣子和瓷絕緣子。但是不同使用年限之后，絕緣子的表面長期遭受電蝕和老化，其爬電距離和憎水性喪失。在正常的電壓作用下都較易發生閃絡現象。如果接觸的電壓更大，電波幅度較高情況下，更易產生閃絡現象了。

（三）環境因素引發的高壓電氣設備閃絡

在環境的影響下，如污穢附著、霧霾、空氣濕度大、低溫、異物入侵及不明原因閃絡等。其中污穢閃絡、霧閃絡和濕閃絡占比最大。

三、防閃絡的改進措施

對于以上不同原因的動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障，我們應該及時的對高鐵動車組采取相應的整改措施。

由于電氣設備的結構和工藝引發的高壓電氣設備閃絡，建議采取用銅母排替換裸銅管;將動車組車頂高壓電氣設備之間的緊固螺栓的栓頭向上安裝，可以增加導電體和車體之間的距離;對于產生龜裂以及結構不合理的絕緣體噴涂絕緣涂料;并且在車頂的高壓電氣設備與車體之間的連接螺栓上安裝絕緣帽，加強絕緣能力;將車上的絕緣子更換為更加合適的絕緣子;

由于電壓因素所引起的動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障，建議將高壓供電絕緣子絕緣檢測裝置安裝在車頂，對絕緣子的絕緣能力進行實時監控，當絕緣子的絕緣能力下降到標準絕緣度下，自動報警提示，以便于進一步措施的實施，以防事故擴大。

由于環境因素所引起的動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障，可以提高對車頂高壓電氣設備的檢查和清潔擦拭頻率，降低絕緣子的污穢程度，從而提高絕緣能力。

對于目前已經采用噴涂措施的絕緣子，應根據列車使用頻率定期檢查，重新噴涂。保證絕緣子的抗污能力。對機車的過點保護系統進行完善，降低電壓忽高忽低的頻率。控制好大霧期間行車、停車前后以及車站庫內的升降弓作業。提高機車車頂的整體絕緣水平，最好采用耐污穢性能良好絕緣子。

四、結語

動車組車頂高壓電氣設備閃絡故障必將對列車組的正點，安全穩定運行都產生嚴重的影響，基于在惡劣天氣下動車組因閃絡故障導致的停運故障背景下進行了研究和分析。并提出了相應的改進措施。希望通過本文對動車組車頂的電氣設備改進方案，可以讓動車組在運行復雜多變的環境下，克服閃絡故障。為動車組列車的安全穩定運行提供保障。

參考文獻

[1]吳光亞，李春華，林秀欽.淺析復合絕緣子"不明閃絡"原因[J]. 電瓷避雷器，2003（01）：10-12+15.

[2]毛紅軍. 電力機車車頂絕緣檢測裝置的研究[D].西南交通大學，2007.

[3]郝志偉， 董儀清， 胡晉偉. 復合絕緣子常見故障分析[J]. 電力學報，2007（01）：122-124.