高壓絕緣檢測裝置在動車組上的應用

袁東輝

摘 要：介紹了高壓絕緣檢測裝置在動車組上應用的必要性，分析了其原理并給出了試驗方法。試驗證明，高壓絕緣檢測裝置對于檢測高壓絕緣故障作用明顯。表述了高壓絕緣檢測裝置原理、高壓絕緣檢測裝置參數(shù)及功能、高壓絕緣檢測裝置實驗驗證等內容。

關鍵詞：高壓絕緣檢測裝置 高壓設備 檢測

中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0063-02

動車組車頂高壓設備為戶外安裝，要求高壓電氣設備有足夠的高壓絕緣性能，防止風、沙、雨、雪、霧霾等惡劣氣候的侵害及雷電過電壓的襲擊。目前在運行的各類型動車組上，每年到霧霾天氣由于空氣中污染物增多，附著在高壓設備上導致絕緣降低，經(jīng)常會發(fā)生高壓設備放電故障，影響列車正點運行，輕則造成受電弓滑板與接觸網(wǎng)粘接，重則燒斷接觸網(wǎng)，造成大的故障。目前在已在線運行的動車組上，對高壓絕緣故障采取的措施基本都是“防”，即在現(xiàn)車上進行改造，增加電氣間隙和爬電距離，增加絕緣帽，涂絕緣漆等方式。并縮短高壓設備日常維護周期，在高壓絕緣故障預報上尚未采取行之有效的方式。

高壓絕緣檢測裝置可以在受電弓未升起的情況下檢測車頂高壓電路是否存在絕緣下降，可以在列車出庫之前進行“出庫檢測”讓動車組在上線運行前能做到“心中有數(shù)”，也可以在列車發(fā)生高壓絕緣故障時執(zhí)行“運行檢測”，快速排除故障點。

1 高壓絕緣檢測裝置原理

高壓絕緣檢測裝置是通過模擬手段對列車高壓系統(tǒng)絕緣狀況進行檢測，因此執(zhí)行高壓絕緣檢測時列車不能供給25 kV高壓。故在動車組整車設計時需要高壓絕緣檢測裝置與受電弓之間存在互鎖。只有在未升弓的條件下列車DC110V電源才能供給高壓絕緣檢測裝置。高壓絕緣檢測裝置通過閉環(huán)開關電源檢測技術和直流逆變交流技術有機結合將DC110V轉化為AC100V 50 Hz正弦交流電輸出到電壓互感器的二次側，使電壓互感器的一次側感應出25 kV高壓電（電壓互感器變比250∶1），從而模擬車頂存在高壓。逆變電源設計時采用了專用PWM控制器、大功率VMOS器件及高速比較器等。經(jīng)穩(wěn)壓濾波后的直流電，經(jīng)50 Hz信號發(fā)生器控制電子開關逆變?yōu)?00 V、50 Hz交流電，并具有頻率微調和電壓微調功能。當車頂高壓設備絕緣下降時，等效阻抗就會下降，由于高壓絕緣檢測裝置加到車頂高壓設備上的電流被限定在一定范圍，所以導致電壓下降，當下降到一定程度時觸發(fā)報警門限值，這樣通過模擬加載電壓的大小就可以等效出車頂高壓設備的絕緣狀態(tài)。模擬出的高壓功率遠遠小于接觸網(wǎng)上的電功率，并且輸出最大功率受到一定的限制。高壓絕緣檢測裝置安裝在車內，當觸發(fā)報警后，裝置的顯示屏會做出提示。

高壓絕緣檢測裝置有兩個功能可以進行選擇，分別為運行監(jiān)測和出庫檢測。二者原理相同只是報警門限值不同。

高壓絕緣檢測裝置并不能對整個高壓電路進行檢測，目前只能檢測主斷、受電弓和電壓互感器的絕緣狀態(tài)，保證升弓安全。主斷路器后級通過主斷進行安全保護，同時設有線電流互感器和主變壓器電流互感器，動車運行時也可實時檢測高壓回路的電流，兩者配合可有效地減低高壓放電和短路的風險。

2 高壓絕緣檢測裝置參數(shù)及功能

2.1 參數(shù)

額定電壓：DC110 V。

額定功率：<500 W。

輸出電壓：0～100 V±3.5%。

輸出波形：（50±1）Hz正弦波。

輸出容量：<300 VA。

2.2 功能要求

（1）檢測并顯示車頂高壓設備的絕緣狀態(tài)。

（2）當測試值低于絕緣報警門限值時，高壓絕緣檢測箱蜂鳴器響，“絕緣檢測”指示燈常亮。

（3）具備系統(tǒng)自檢功能并且顯示自檢結果，自檢時間不大于30 s。

（4）具有輸出短路保護功能。

（5）自動識別網(wǎng)壓狀態(tài)，當網(wǎng)壓≥5 000 V時，系統(tǒng)自我保護，“外網(wǎng)有電”指示燈亮，不進入檢測環(huán)節(jié)。

3 試驗驗證

為測試高壓絕緣檢測裝置的功能，進行了試驗驗證。人工模擬絕緣下降，然后使用搖表和高壓絕緣檢測裝置分別對絕緣進行測量，并對實驗結果進行對比。

3.1 測試方法

這里的模擬負載使用硅粉混合物比例配置，打磨絕緣子表面，均勻涂抹于整個絕緣子。此次搭建的測試平臺包含高壓電壓互感器，受電弓及底座絕緣子，考慮涂抹面積較大，故只選了其中2個絕緣子進行涂抹測試。

3.2 測試步驟

（1）用硅藻土和Nacl溶液按灰密2 mg/cm2、鹽密0.4 mg/cm2分別涂抹高壓隔離開關兩個絕緣子外表面。單獨用絕緣電阻測試搖表測試絕緣子對地電阻。

（2）使用高壓絕緣檢測箱進行絕緣檢測，記錄測試數(shù)據(jù)。

（3）測試完畢后斷開絕緣子與受電弓之間的連線，使用絕緣電阻測試搖表測試絕緣子對地電阻。

（4）重復（2）（3）步驟再次測量并記錄數(shù)據(jù)。

3.3 結論

（1）從測試數(shù)據(jù)可以看出，高壓絕緣檢測裝置能檢測到絕緣阻值下降的情況，并進行了有效報警。如測試數(shù)據(jù)表中，當搖表測試絕緣阻值小于2 MΩ時，高壓絕緣檢測裝置有效報警。

（2）絕緣搖表測試原理和高壓絕緣檢測箱測試原理不同，因此測試絕緣子的絕緣阻值有所偏差，但其偏差趨勢一致。

（3）試驗用高壓絕緣檢測裝置設置的測試報警電壓為15 kV（對應設置的報警絕緣阻抗2 MΩ），從測試數(shù)據(jù)表上可以看出搖表測試報警阻抗在1.5～2 MΩ，檢測裝置報警顯示阻抗在1.39 MΩ，與設置的報警點有所偏差。這個偏差是因為高壓絕緣檢測箱在測試過程中所輸出的能量將絕緣子表面的污穢物燃燒，使得實際阻抗不斷地變化，當高壓絕緣檢測箱檢測到絕緣阻抗上的穩(wěn)定電壓小于15 kV（絕緣阻抗小于2 MΩ）時進行報警。階段1到階段3的打火程度依次減弱，打火程度的變化是對動態(tài)檢測的一個表現(xiàn)。

（4）該次測試用的高壓絕緣檢測箱輸出功率最大只有400 W，因而測試過程中打火的變化可以表現(xiàn)在幾個階段，若在實際應用中，25 kV的高壓電能量遠遠大于絕緣檢測箱，因此該次試驗中的打火現(xiàn)象只能作為實際中的放大表現(xiàn)，可作為理論研究參考。

另一方面，通過在高壓回路掛接高壓電阻，模擬高壓回路阻抗下降后裝置的預檢測及顯示報警情況。確認高壓絕緣檢測裝置對高壓絕緣下降的測試效果。

以上可以看出，同一個高壓絕緣檢測裝置，改變不同的輸出電流，則測試拐點會有所不同，電流越小，拐點處的測試高壓電阻值越大，則報警越靈敏；電流越大，拐點處的測試高壓電阻值越小，則報警會遲鈍。

4 結語

試驗證明，高壓絕緣檢測裝置對于檢測動車組高壓絕緣下降具有非常明顯的作用。目前在機車方面高壓絕緣檢測裝置已普遍應用，但是在動車組上尚處于摸索試驗階段。高壓絕緣檢測裝置能夠協(xié)助對動車組高壓絕緣故障的早預防、早處理，對于接觸網(wǎng)及高壓設備的保護具有積極的意義。

參考文獻

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