CRH5型動車組高壓設(shè)備絕緣性能改進(jìn)分析

牛牧　黃小航

摘要：CRH5型動車組在霧霾等天氣下運(yùn)行，高壓設(shè)備絕緣性能等級下降，導(dǎo)致高壓設(shè)備爬電，影響動車組正常行車。對比國內(nèi)及國外相關(guān)鐵路標(biāo)準(zhǔn)，對高壓設(shè)備絕緣子絕緣性能進(jìn)行分析，增加絕緣子高度，采取增加絕緣墊、絕緣扣蓋等方式增大爬電距離，避免霧霾等惡劣天氣情況下高壓設(shè)備爬電的問題。

關(guān)鍵詞：高壓設(shè)備；CRH5型動車組；絕緣子；絕緣性能；爬電 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U266 文章編號：1009-2374（2015）11-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.016

近年來我國各大城市空氣污染嚴(yán)重，天氣霧霾程度加劇，動車組受運(yùn)行環(huán)境的影響，附著在車頂高壓設(shè)備絕緣子表面的塵埃及污穢會逐漸加重，致使絕緣子的絕緣性能下降。針對前期發(fā)生的動車組車頂高壓絕緣問題，本文對CRH5型動車組車頂高壓設(shè)備結(jié)構(gòu)及相關(guān)絕緣參數(shù)進(jìn)行了分析研究，并對絕緣性能改進(jìn)進(jìn)行了介紹。

1 CRH5型動車組高壓設(shè)備總體介紹

1.1 高壓設(shè)備布置

CRH5型動車組車頂高壓設(shè)備由受電弓、集成儀表箱、主斷路器、避雷器、高壓母線及相關(guān)絕緣子組成。

1.2 高壓設(shè)備介紹

1.2.1 受電弓。CRH5型動車組使用的受電弓為單臂受電弓，該設(shè)備可從25kV、50Hz接觸網(wǎng)處集電，軌道上的鋼軌可用作回流導(dǎo)體。

1.2.2 集成儀表箱。集成儀表箱安裝在TP和TPB車的車頂上。所有高壓組件均位于箱體上方，帶有電子設(shè)備的低壓組件則安置在箱內(nèi)。

1.2.3 主斷路器。主斷路器在異常情況下會將牽引單元高壓電路與接觸網(wǎng)線電壓隔離，每個主斷路器負(fù)責(zé)一個牽引單元，主斷路器用于安全地閉合和斷開高壓電路。

1.2.4 避雷器。動車組安裝有浪涌避雷器，全列共計4個。浪涌避雷器上出現(xiàn)的故障，在相關(guān)斷路器打開的情況下，由車載診斷系統(tǒng)通過電流互感器讀取出現(xiàn)的故障。

2 高壓設(shè)備絕緣子絕緣性能分析

2.1 額定沖擊電壓

國外國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對過電壓的定義：

2.1.1 國外標(biāo)準(zhǔn)。在《鐵路應(yīng)用-鐵路車輛上的電氣設(shè)備第1部分：基本工作條件和基本規(guī)則（IEC60077-1-1999）》和《鐵路應(yīng)用 絕緣配合第1部分：基本要求 電工電子設(shè)備的電氣間隙和爬電距離（EN50124-1-2001）》標(biāo)準(zhǔn)中將過電壓分為以下四種類別：

1類過電壓（OV1）：電路中具有內(nèi)部和外部過電壓保護(hù)且只能出現(xiàn)有限的過電壓，因?yàn)椋翰恢苯优c接觸網(wǎng)相連；內(nèi)部操作；處于一個設(shè)備或裝置內(nèi)。

2類過電壓（OV2）：電路不直接與接觸網(wǎng)相連且有過電壓保護(hù)。

3類過電壓（OV3）：電路直接與接觸網(wǎng)相連、有過電壓保護(hù)且不承受大氣過電壓。

4類過電壓（OV4）：電路直接與接觸網(wǎng)連接、連接點(diǎn)附近無過電壓保護(hù)裝置且可能承受雷電或開關(guān)過

電壓。

過電壓分類解釋如下：

機(jī)車車輛一般都有過電壓保護(hù)，其保護(hù)等級與特性有關(guān)。因此，只有從保護(hù)位置往上至受電器，且可由開關(guān)設(shè)備或斷路器斷開的電路才屬于OV4。除過電壓保護(hù)裝置外無任何其他保護(hù)元件的主電路，屬于OV3。

另有濾波器或內(nèi)在元器件（如半導(dǎo)體元件）保護(hù)的主電路，都屬于OV2，但已知浪涌等級的除外。如果電路具有電隔離、或有幾個連續(xù)的濾波器、或元器件工作時將電路與高壓電路隔離，則屬于OV1。

2.1.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 1333.1-2002等同于IEC60077-1：1999，其中對過電壓的規(guī)定完全

一致。

2.2 結(jié)構(gòu)高度

在《電力機(jī)車車頂絕緣子第1部分：瓷絕緣子（TB/T3077.1-2006）》和《電力機(jī)車車頂絕緣子第2部分：復(fù)合絕緣子（TB/T3077.2-2006）》中對結(jié)構(gòu)高度的有兩種規(guī)格。

CRH5型動車組絕緣子結(jié)構(gòu)高度。按照目前標(biāo)準(zhǔn)TB/T3077.1-2006和TB/T3077.2-2006要求，絕緣子的高度定義為315mm和400mm兩種，未強(qiáng)制要求高度必須是400mm。但在已被替代的老標(biāo)準(zhǔn)TB/T3077-2003中強(qiáng)制要求絕緣子高度必須是400mm。

2.3 電氣間隙

國外國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對電氣間隙的規(guī)定：

2.3.1 國外標(biāo)準(zhǔn)。在《鐵路應(yīng)用-鐵路車輛上的電氣設(shè)備第1部分：基本工作條件和基本規(guī)則（IEC60077-1-1999）》和《鐵路應(yīng)用 絕緣配合第1部分：基本要求 電工電子設(shè)備的電氣間隙和爬電距離（EN50124-1-2001）》標(biāo)準(zhǔn)中對電氣間隙規(guī)定OV3類設(shè)備的額定沖擊電壓值應(yīng)為125kV，對應(yīng)的最小電氣間隙是230mm。

2.3.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 1333.1-2002等同于IEC60077-1：1999標(biāo)準(zhǔn)要求。

另外，在《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》第七章供電、給水設(shè)備中第156條描述如下：“接觸網(wǎng)帶電部分至固定接地物的距離，不小于300mm；至機(jī)車車輛或裝載貨物的距離，不小于350mm。”但上述描述僅適用于牽引供電設(shè)備。

2.4 爬電距離

國外國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對爬電距離的規(guī)定：

2.4.1 國外標(biāo)準(zhǔn)?！惰F路應(yīng)用-鐵路車輛上的電氣設(shè)備第1部分：基本工作條件和基本規(guī)則（IEC60077-1-1999）》中對額定電壓為31kV、污染等級為PD4（灰塵累積程度：定期清潔產(chǎn)生的偶然導(dǎo)電；濕度：雨、雪、冰、霧）時的最小爬電距離為775mm?！惰F路應(yīng)用 絕緣配合第1部分：基本要求 電工電子設(shè)備的電氣間隙和爬電距離（EN50124-1-2001）》標(biāo)準(zhǔn)中對額定電壓為31kV、污染等級為PD4時的最小爬電距離為992mm。

2.4.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。在TB/T3077.1-2006和TB/T3077.2-2006標(biāo)準(zhǔn)中對結(jié)構(gòu)高度的有兩種規(guī)格：結(jié)構(gòu)高度315mm絕緣子的爬電距離不小于750mm；結(jié)構(gòu)高度400mm絕緣子的爬電距離不小于1000mm。

3 CRH5型動車組高壓系統(tǒng)的改進(jìn)方案

（1）更換一單受電弓和車端跳線支撐絕緣子；（2）車頂高壓設(shè)備安裝螺栓增加絕緣帽；（3）主斷安裝座鋪設(shè)硅橡膠絕緣墊。針對CRH5型動車組主斷路器上述問題，使用5mm厚的硅橡膠絕緣墊做成主斷平面形狀覆蓋主斷路器安裝平面上部及四周，覆蓋后電氣間隙能達(dá)到300mm以上，以滿足絕緣要求。

4 CRH5型動車組高壓設(shè)備的試驗(yàn)情況

4.1 車頂高壓設(shè)備雷電沖擊試驗(yàn)

對車頂高壓設(shè)備進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)，具體試驗(yàn)情況如下：

4.1.1 拆除避雷器，其他高壓部件正確連接，用電線連接主斷路器的上、下接地夾后，進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)，當(dāng)雷電沖擊電壓達(dá)到146kV時出現(xiàn)了擊穿現(xiàn)象。

4.1.2 主斷路器安裝平面上部鋪放硅橡膠絕緣墊，拆除避雷器，其他高壓部件正確連接。用電線連接主斷路器的上、下接地夾后，進(jìn)行172kV雷電沖擊試驗(yàn)，沒有出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。

4.1.3 拆除車頂受電弓至隔離開關(guān)的連接母排，對受電弓高壓側(cè)施加170kV的雷電沖擊電壓3次。

通過上述試驗(yàn)，使用5mm厚的硅橡膠絕緣墊做成主斷平面形狀覆蓋主斷路器安裝平面上部及四周后，CRH5型動車組車頂高壓設(shè)備均滿足170kV雷電沖擊電壓的

要求。

4.2 車頂高壓設(shè)備安裝螺栓增加絕緣帽試裝

在車頂?shù)氖茈姽?、集成儀表箱、主斷路器、避雷器及電纜支撐絕緣子的固定螺栓加絕緣帽，以增大電氣

間隙。

綜上所述，CRH5型動車組在將受電弓和車端跳線支撐絕緣子更換為400mm高國產(chǎn)絕緣子、主斷路器的底座上平面鋪設(shè)硅橡膠絕緣墊、車頂絕緣子固定螺栓增加絕緣帽后，車頂高壓設(shè)備電氣間隙均大于300mm，并且滿足標(biāo)準(zhǔn)中4類過電壓（OV4）170kV雷電沖擊電壓的

要求。

經(jīng)過以上改進(jìn)，2012年底至今，CRH5型動車組未發(fā)生因霧霾等惡劣天氣情況下高壓設(shè)備絕緣等級下降導(dǎo)致的高壓設(shè)備故障，改進(jìn)效果明顯。

（責(zé)任編輯：周 瓊）