动车组车顶高压电气设备闪络故障分析及改进

张杨宁 张立伟 马海涛

摘要：据统计动车组在运营过程中发生故障多数是由于车顶的高压电气设备顶绝缘子放电、烧损等设备闪络所引起的。加强动车组列车的安全性和减少故障率，具有极其重要的促进社会经济发展的现实意义。基于此，结合笔者工作经验。笔者将对车顶高压电气设备配置外绝缘性性能及结构优化进行研究，探讨引起闪络的内外界因素，如：高速气流、运行时长、高海拔和风沙等对绝缘子容易产生影响的因素，加以分析并提出关于预防闪络的具体可实行措施，同时对于日常保养也提出了建议。希望能为有关部门人员在工作上提供经验和参考。

关键词：动车组;电气设备;车顶;高压;闪络故障;改进

随着我国的铁路建设发展势头越来越强，作为重要交通运输工具之一的铁路运输，动车组又是铁路运输的重要组成部分，而动车组车顶的高压电气设备就是动车组的心脏。然而动车组车顶高压电气设备闪络会造成动车高压设备绝缘故障。尤其是在我国的高速动车组列车越发的普及的今天，由于动车组之前运行时间相隔较短，一辆列车组的故障将会引起多趟高速列车组的晚点，产生晚点多米诺效应。所以高铁动车组的车顶电气设备闪络故障不仅会给乘客带来损失，也将给铁路运营公司乃至厂商都带来不可估量的经济影响，以及社会舆论影响。因此高速动车组列车的安全稳定的运营得到足够的重视，要求我们迫切的去研究和分析发生动车组车顶高压电气设备闪络故障的原因从而提出改进的切实可行措施。

一、动车组高压设备外绝缘结构

目前我国高速列车组的车顶高压电气设备普遍安装于主变压器车受电平台上，除了将陶瓷绝缘体用在主断路器上用来与车体绝缘意外。还通过裸铜软线对高压电气设备间进行连线实现电气连接。电力机车上部网侧由绝缘子对25kV电路中的电器进行支撑和绝缘，再加上由于其工作环境的恶劣，变会发生闪络故障。之前郑州铁路局对于此现象进行了探讨和研究，并采用了一系列改造措施，通过喷涂橡胶涂料在绝缘子上的方式大幅度的减少了动车组车顶高压电气设备闪络故障。尽管如此，由于近年来高速列车车组的技术不断进步也对环境等要求越来越严格。在京广线上就发生过多次的动车组车顶高压电气设备闪络故障，严重的对铁路运输安全运输生产造成了影响。

二、动车组车顶高压电气设备闪络故障机理及原因

通过对之前动车组车顶高压电气设备闪络故障的时间和一些环境因素对比发现，在0度至3度之间时，在雾雨天气湿度较大时候以及环境的污染指数过大时，故障多数发生在变电所的附近或者是站内机车时候。经观察分析得出，认为是由于绝缘子的污染较为严重的环境下积污过多，再加雨雾天气的干扰，形成了局部电离面，电流造成一定的泄露。如果泄露的电流发生动态变化，那么表面的电压分布就将变得不再均匀，从而电晕现象会产生，空气被电离。即便在之前采用了硅橡胶涂料对绝缘子的表面进行喷涂改造，短暂的提高绝缘子的耐污能力，但是时间长了绝缘子的表面硅橡胶涂层便会产生程度不等的龟裂现象，导致绝缘子的绝缘能力大幅度下降，经调查发生龟裂的硅橡胶涂料层的绝缘能力比不喷涂涂料的绝缘子还要低，再叫龟裂的裂缝不易清洁，更容易藏污纳垢，尤其在雨雾天气，便会导致电桥，加上外部的电压，极易发展成为闪络故障。

在高速动车组高速行驶的过程中，车顶上的电气设备在迎风面，气流对设备表面造成冲刷作用，然而背面形成涡流区，极易造成凝霜和积污。虽然在行驶过程中气流的冷却可以对绝缘子闪络击穿产生抑制作用，但是在列车停站时处于临界状态的冰霜变回在高压电机作用下融化，冰霜内的杂质会导致短路。闪络放炮甚至烧毁绝缘子。最终导致动车组车顶高压电气设备闪络故障，影响高速列车组的安全稳定运营。

通过以上两种动车组车顶高压电气设备闪络故障的分析，大致故障的原因可分为3种：电气设备的结构和工艺引发的高压电气设备闪络、电压所引发的高压电气设备闪络、环境因素引发的高压电气设备闪络。

（一）电气设备的结构和工艺引发的高压电气设备闪络

大多的高速列车组的车顶高压电气设备都是选用裸铜软连线进行电气连接的。在连接线的重力作用下，发生下垂，并且在高速列车组行驶过程中由于空气和风力的冲击，进行摇摆作用。在这种环境较为恶劣的情况下，致使列车组电气间的间隙小于标准，导致电气间隙空间不足，也就造成了动车组车顶高压电气设备对车顶及空气放电。除此之外，动车组车顶高压电气设备之间的连接多数选用紧固螺栓，在紧固螺栓的端部易形成尖端效应，当列车组行驶到环境恶劣的地方时，动车组车顶高压电气设备便会通过禁锢络栓的尖端对空气或车顶产生放电现象。

（二）电压所引发的高压电气设备闪络

大多的高速列车组的车顶高压电气设备的绝缘设备都是选用复合绝缘子。虽然经研究这种复合绝缘子在爬电和憎水行优良情况下的污秽绝缘强度要远远大于玻璃绝缘子和瓷绝缘子。但是不同使用年限之后，绝缘子的表面长期遭受電蚀和老化，其爬电距离和憎水性丧失。在正常的电压作用下都较易发生闪络现象。如果接触的电压更大，电波幅度较高情况下，更易产生闪络现象了。

（三）环境因素引发的高压电气设备闪络

在环境的影响下，如污秽附着、雾霾、空气湿度大、低温、异物入侵及不明原因闪络等。其中污秽闪络、雾闪络和湿闪络占比最大。

三、防闪络的改进措施

对于以上不同原因的动车组车顶高压电气设备闪络故障，我们应该及时的对高铁动车组采取相应的整改措施。

由于电气设备的结构和工艺引发的高压电气设备闪络，建议采取用铜母排替换裸铜管;将动车组车顶高压电气设备之间的紧固螺栓的栓头向上安装，可以增加导电体和车体之间的距离;对于产生龟裂以及结构不合理的绝缘体喷涂绝缘涂料;并且在车顶的高压电气设备与车体之间的连接螺栓上安装绝缘帽，加强绝缘能力;将车上的绝缘子更换为更加合适的绝缘子;

由于电压因素所引起的动车组车顶高压电气设备闪络故障，建议将高压供电绝缘子绝缘检测装置安装在车顶，对绝缘子的绝缘能力进行实时监控，当绝缘子的绝缘能力下降到标准绝缘度下，自动报警提示，以便于进一步措施的实施，以防事故扩大。

由于环境因素所引起的动车组车顶高压电气设备闪络故障，可以提高对车顶高压电气设备的检查和清洁擦拭频率，降低绝缘子的污秽程度，从而提高绝缘能力。

对于目前已经采用喷涂措施的绝缘子，应根据列车使用频率定期检查，重新喷涂。保证绝缘子的抗污能力。对机车的过点保护系统进行完善，降低电压忽高忽低的频率。控制好大雾期间行车、停车前后以及车站库内的升降弓作业。提高机车车顶的整体绝缘水平，最好采用耐污秽性能良好绝缘子。

四、结语

动车组车顶高压电气设备闪络故障必将对列车组的正点，安全稳定运行都产生严重的影响，基于在恶劣天气下动车组因闪络故障导致的停运故障背景下进行了研究和分析。并提出了相应的改进措施。希望通过本文对动车组车顶的电气设备改进方案，可以让动车组在运行复杂多变的环境下，克服闪络故障。为动车组列车的安全稳定运行提供保障。

参考文献

[1]吴光亚，李春华，林秀钦.浅析复合绝缘子"不明闪络"原因[J]. 电瓷避雷器，2003（01）：10-12+15.

[2]毛红军. 电力机车车顶绝缘检测装置的研究[D].西南交通大学，2007.

[3]郝志伟， 董仪清， 胡晋伟. 复合绝缘子常见故障分析[J]. 电力学报，2007（01）：122-124.