高压绝缘检测装置在动车组上的应用

袁东辉

摘 要：介绍了高压绝缘检测装置在动车组上应用的必要性，分析了其原理并给出了试验方法。试验证明，高压绝缘检测装置对于检测高压绝缘故障作用明显。表述了高压绝缘检测装置原理、高压绝缘检测装置参数及功能、高压绝缘检测装置实验验证等内容。

关键词：高压绝缘检测装置 高压设备 检测

中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（b）-0063-02

动车组车顶高压设备为户外安装，要求高压电气设备有足够的高压绝缘性能，防止风、沙、雨、雪、雾霾等恶劣气候的侵害及雷电过电压的袭击。目前在运行的各类型动车组上，每年到雾霾天气由于空气中污染物增多，附着在高压设备上导致绝缘降低，经常会发生高压设备放电故障，影响列车正点运行，轻则造成受电弓滑板与接触网粘接，重则烧断接触网，造成大的故障。目前在已在线运行的动车组上，对高压绝缘故障采取的措施基本都是“防”，即在现车上进行改造，增加电气间隙和爬电距离，增加绝缘帽，涂绝缘漆等方式。并缩短高压设备日常维护周期，在高压绝缘故障预报上尚未采取行之有效的方式。

高压绝缘检测装置可以在受电弓未升起的情况下检测车顶高压电路是否存在绝缘下降，可以在列车出库之前进行“出库检测”让动车组在上线运行前能做到“心中有数”，也可以在列车发生高压绝缘故障时执行“运行检测”，快速排除故障点。

1 高压绝缘检测装置原理

高压绝缘检测装置是通过模拟手段对列车高压系统绝缘状况进行检测，因此执行高压绝缘检测时列车不能供给25 kV高压。故在动车组整车设计时需要高压绝缘检测装置与受电弓之间存在互锁。只有在未升弓的条件下列车DC110V电源才能供给高压绝缘检测装置。高压绝缘检测装置通过闭环开关电源检测技术和直流逆变交流技术有机结合将DC110V转化为AC100V 50 Hz正弦交流电输出到电压互感器的二次侧，使电压互感器的一次侧感应出25 kV高压电（电压互感器变比250∶1），从而模拟车顶存在高压。逆变电源设计时采用了专用PWM控制器、大功率VMOS器件及高速比较器等。经稳压滤波后的直流电，经50 Hz信号发生器控制电子开关逆变为100 V、50 Hz交流电，并具有频率微调和电压微调功能。当车顶高压设备绝缘下降时，等效阻抗就会下降，由于高压绝缘检测装置加到车顶高压设备上的电流被限定在一定范围，所以导致电压下降，当下降到一定程度时触发报警门限值，这样通过模拟加载电压的大小就可以等效出车顶高压设备的绝缘状态。模拟出的高压功率远远小于接触网上的电功率，并且输出最大功率受到一定的限制。高压绝缘检测装置安装在车内，当触发报警后，装置的显示屏会做出提示。

高压绝缘检测装置有两个功能可以进行选择，分别为运行监测和出库检测。二者原理相同只是报警门限值不同。

高压绝缘检测装置并不能对整个高压电路进行检测，目前只能检测主断、受电弓和电压互感器的绝缘状态，保证升弓安全。主断路器后级通过主断进行安全保护，同时设有线电流互感器和主变压器电流互感器，动车运行时也可实时检测高压回路的电流，两者配合可有效地减低高压放电和短路的风险。

2 高压绝缘检测装置参数及功能

2.1 参数

额定电压：DC110 V。

额定功率：<500 W。

输出电压：0～100 V±3.5%。

输出波形：（50±1）Hz正弦波。

输出容量：<300 VA。

2.2 功能要求

（1）检测并显示车顶高压设备的绝缘状态。

（2）当测试值低于绝缘报警门限值时，高压绝缘检测箱蜂鸣器响，“绝缘检测”指示灯常亮。

（3）具备系统自检功能并且显示自检结果，自检时间不大于30 s。

（4）具有输出短路保护功能。

（5）自动识别网压状态，当网压≥5 000 V时，系统自我保护，“外网有电”指示灯亮，不进入检测环节。

3 试验验证

为测试高压绝缘检测装置的功能，进行了试验验证。人工模拟绝缘下降，然后使用摇表和高压绝缘检测装置分别对绝缘进行测量，并对实验结果进行对比。

3.1 测试方法

这里的模拟负载使用硅粉混合物比例配置，打磨绝缘子表面，均匀涂抹于整个绝缘子。此次搭建的测试平台包含高压电压互感器，受电弓及底座绝缘子，考虑涂抹面积较大，故只选了其中2个绝缘子进行涂抹测试。

3.2 测试步骤

（1）用硅藻土和Nacl溶液按灰密2 mg/cm2、盐密0.4 mg/cm2分别涂抹高压隔离开关两个绝缘子外表面。单独用绝缘电阻测试摇表测试绝缘子对地电阻。

（2）使用高压绝缘检测箱进行绝缘检测，记录测试数据。

（3）测试完毕后断开绝缘子与受电弓之间的连线，使用绝缘电阻测试摇表测试绝缘子对地电阻。

（4）重复（2）（3）步骤再次测量并记录数据。

3.3 结论

（1）从测试数据可以看出，高压绝缘检测装置能检测到绝缘阻值下降的情况，并进行了有效报警。如测试数据表中，当摇表测试绝缘阻值小于2 MΩ时，高压绝缘检测装置有效报警。

（2）绝缘摇表测试原理和高压绝缘检测箱测试原理不同，因此测试绝缘子的绝缘阻值有所偏差，但其偏差趋势一致。

（3）试验用高压绝缘检测装置设置的测试报警电压为15 kV（对应设置的报警绝缘阻抗2 MΩ），从测试数据表上可以看出摇表测试报警阻抗在1.5～2 MΩ，检测装置报警显示阻抗在1.39 MΩ，与设置的报警点有所偏差。这个偏差是因为高压绝缘检测箱在测试过程中所输出的能量将绝缘子表面的污秽物燃烧，使得实际阻抗不断地变化，当高压绝缘检测箱检测到绝缘阻抗上的稳定电压小于15 kV（绝缘阻抗小于2 MΩ）时进行报警。阶段1到阶段3的打火程度依次减弱，打火程度的变化是对动态检测的一个表现。

（4）该次测试用的高压绝缘检测箱输出功率最大只有400 W，因而测试过程中打火的变化可以表现在几个阶段，若在实际应用中，25 kV的高压电能量远远大于绝缘检测箱，因此该次试验中的打火现象只能作为实际中的放大表现，可作为理论研究参考。

另一方面，通过在高压回路挂接高压电阻，模拟高压回路阻抗下降后装置的预检测及显示报警情况。确认高压绝缘检测装置对高压绝缘下降的测试效果。

以上可以看出，同一个高压绝缘检测装置，改变不同的输出电流，则测试拐点会有所不同，电流越小，拐点处的测试高压电阻值越大，则报警越灵敏；电流越大，拐点处的测试高压电阻值越小，则报警会迟钝。

4 結语

试验证明，高压绝缘检测装置对于检测动车组高压绝缘下降具有非常明显的作用。目前在机车方面高压绝缘检测装置已普遍应用，但是在动车组上尚处于摸索试验阶段。高压绝缘检测装置能够协助对动车组高压绝缘故障的早预防、早处理，对于接触网及高压设备的保护具有积极的意义。

参考文献

[1] 熊蕊.高频大功率DC-DC变换电源的设计与分析[J].船电技术，1993（4）：14-19.

[2] 周升，曾凡辉，王浩新，等.城轨车辆受电弓安装区用绝缘防护涂层的研究[J].机车电传动，2015（6）：60-62，82.

[3] 陈致远，韦道锋.地铁车辆高压电缆防护部件的隐患分析与改进[J].机车电传动，2016（1）：92-94.

[4] 陈士勇.天津地铁2号线机场延长线增购车电气原理浅析[C]//中国智能交通协会第十届中国智能交通年会优秀论文集.2015：15.