關于某型平臺動車組避雷器炸裂問題的原因分析

杜鵬

（遼寧鐵道職業技術學院 遼寧錦州 121000）

隨著我國高速鐵路的快速發展，高速動車組的數量逐年增多，動車組的運行安全顯得尤為重要。避雷器是動車組在高速鐵道運行時的關鍵過電壓保護設備之一，我國的動車組高壓系統主斷路器前后均設置了避雷器，用于保護高壓設備免受過電壓的損壞。本文介紹了某型平臺動車組可能發生避雷器炸裂問題一些原因分析，為動車組專用避雷器的穩定運行提供了理論依據。

1 避雷器工作機理

避雷器主要由電阻片、壓縮彈簧、金屬墊塊、硅橡膠外套、絕緣支撐管（環氧筒）、上下法蘭組成。電阻片疊加成柱，通過彈簧壓緊，與法蘭連接形成電氣通路，環氧筒起支撐作用，提供足夠的抗彎應力，硅橡膠外套用來提供密封，防止水汽進入，同時提高外絕緣爬距，法蘭用于與高壓、低壓連接，各密封面均涂抹防水膠。

避雷器具有良好的非線性伏安特性，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，流過避雷器的電流僅為微安級，確保了避雷器長期正常運行。且避雷器具有自恢復性，在未被擊穿的情況下，避雷器動作前后伏安特性不變。避雷器結構示意圖見圖1。

圖1 避雷器結構示意圖

2 故障外部因素分析

避雷器作為動車組電氣保護類器件，其作用是保護高壓設備免受過電壓的損壞，當系統出現過電壓時，避雷器由高電阻變為低電阻，吸收并對地釋放能量，使被保護設備的過電壓限制在允許范圍內。造成避雷器炸裂的原因主要有如下幾方面：

(1)當列車運行過程中遭受大氣過電壓（主要指直擊雷）沖擊，超出避雷器的耐受能力，會造成避雷器擊穿損壞。

(2)列車在升降受電弓、過分相、短路故障等工況中，牽引供電回路中的電感、電容等儲能元件在主斷路器打開或者閉合時，存儲在電感中的能量以電能的形式轉移到電容中，形成操作過電壓，會對避雷器造成沖擊，影響避雷器的使用壽命。特別是受電弓升降過程、主斷路器閉合過程中會產生操作過電壓。

(3)系統接地故障會造成電壓大幅波動，產生工頻過電壓幅值超過避雷器工頻電壓耐受能力時，避雷器將會擊穿損壞（概率很?。?。

(4)避雷器產品質量問題，避雷器質量不可靠主要體現在電阻片沖擊電流耐受水平低及密封性能差兩方面。避雷器的密封性能不可靠會造成避雷器內部電阻片受潮，使其工頻電壓耐受能力不斷下降，當不能耐受系統正常工頻電壓就會發生擊穿。

(5)接觸網網壓諧振（高次諧波）對避雷器有較大影響。研究結果表明:在7～61次諧波電壓下，隨諧波電壓頻率增加，避雷器泄漏電流幅值線性增加，相位減小，阻性電流占比增大，避雷器消耗的有功功率明顯增加；高頻電壓會使避雷器內部短時間內產生大量熱量，最終超過其耐熱極限而發生熱崩潰故障（炸裂）。

3 故障特殊原因分析

當系統出現過電壓（雷擊過電壓、操作過電壓等）或接觸網諧波較高時，避雷器吸收能量過多，可能會導致避雷器發生炸裂故障。

4 故障樹

根據上述分析，建立故障樹如圖2所示：

圖2 避雷器炸裂故障樹

通過以上故障樹我們可以看出：造成避雷器炸裂故障主要有以下四個原因：①系統過電壓；②系統接地；③產品質量；④接觸網諧波。

5 結論

本文介紹了某型平臺動車組可能發生避雷器炸裂問題一些原因，為動車組專用避雷器的穩定運行提供了理論依據。