動車組高壓系統(tǒng)的檢修方法及優(yōu)化措施

于佳良 焦松 延俊磊

摘 要：高壓系統(tǒng)設備是動車組運行中的重點設備，也是重點檢修對象。本文首先介紹動車組高壓系統(tǒng)組成部件，然后分析運行中因自身原因和天氣原因導致動車組產(chǎn)生的檢修問題及提出優(yōu)化措施。

關鍵詞：動車組;高壓系統(tǒng);檢修;優(yōu)化

鐵路是我國的基礎建設項目，是國民經(jīng)濟的動脈。動車組是我國鐵路運輸?shù)闹髁?，確保動車組安全穩(wěn)定的運行是確保國家經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的重要命脈。以下將簡單介紹動車組高壓系統(tǒng)的檢修方法，并提出相應的優(yōu)化建議。

一、動車組高壓系統(tǒng)組成部件

動車組高壓系統(tǒng)的核心設計是基于25kV的供電高壓。動車組分為8輛編組，一般有兩個高壓單元，高壓系統(tǒng)的主要部件有受電弓、避雷器、電壓互感器、主斷路器、接地開關、電流互感器、高壓隔離開關等，此外還具備一套變壓器的監(jiān)護與保護系統(tǒng)，通常，動車組都是由TCMS網(wǎng)絡系統(tǒng)控制。高壓系統(tǒng)核心部件分布于車頂及車下，其中車頂分布有受電弓、支撐絕緣子、高壓電纜等部件，車下設備主要集成在高壓設備箱內，包括避雷器、電壓互感器、主斷路器、接地開關、電流互感器、高壓隔離開關等。各部件簡單介紹如下：

1、受電弓：動車組目前大多采用單臂受電弓，弓頭為單碳滑板受電，其中受電弓安裝在車頂，控制器和氣動控制閥板則分布在車內，通過MVB總線與終端單元進行通信。

2、避雷器：避雷器由于安裝位置的不同而具有不同的功能。安裝在受電弓后面的避雷器用來保護列車電氣系統(tǒng)避免過壓，如閃電過壓，安裝在變壓器前段的避雷器用于吸收主斷路器開關過程中產(chǎn)生的操作過電壓。

3、電壓互感器：電壓互感器安裝在受電弓和主斷路器之間，它的作用是將檢測到的接觸網(wǎng)電壓發(fā)送至網(wǎng)絡控制系統(tǒng)及牽引變流器，以便系統(tǒng)隨時監(jiān)測與保護。

4、主斷路器：主斷路器是高壓系統(tǒng)中十分重要的部件，起到關鍵保護的作用。主斷路器由彈簧式壓縮空氣作動器和真空電弧放電室組成，目前主流主斷路器為單極真空主斷路器，兩個電磁閥線圈用于供電，對進風口進入的空氣進行壓縮，通過氣缸推動空氣作動器關閉，主觸點閉合，同時鎖死開啟彈簧。技術要求如下表所示：

5、接地開關：接地開關安裝在主斷路器兩邊，確保在列車停車檢修過程中安全接地。接地開關帶有接地聯(lián)鎖鑰匙，只有按高壓接地規(guī)程操作才能使接地開關接地。

6、電流互感器：主要分為安裝在高壓干線上的電流互感器和安裝在變壓器上的電流互感器，其共同作用均為檢測信號并發(fā)送至列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。

7、車下高壓設備箱內隔離開關：高壓隔離開關主要用于車頂高壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，隔離故障單元。正常狀態(tài)下隔離開關處于閉合狀態(tài)，當發(fā)生故障時，隔離開關中壓縮空氣閥門壓縮空氣，使開關斷開。

二、高壓系統(tǒng)設備檢修及優(yōu)化

1、霧霾天氣下受電弓絕緣子的檢修與優(yōu)化

霧霾天氣下由于受電弓絕緣子受到PM2.5顆粒物的污染，可能會造成動車組高壓污閃故障告警。自2013年以來，華北地區(qū)的霧霾天氣尤為嚴重，尤其是石家莊、鄭州、保定、邯鄲等地。PM2.5是一種在空氣動力學中當量直徑小于2.5微米的顆粒物，可以長時間懸浮在空氣中，由于還具有酸性特性，當這種污染物覆蓋于動車組受電弓絕緣子螺栓上時，對配件還具有腐蝕性。

由于問題產(chǎn)生原因是細微顆粒附著在絕緣子表面導致絕緣特性下降，因此優(yōu)化解決方案主要從更換配件、及時清洗兩方面入手。建議提高動車組高壓系統(tǒng)受電弓絕緣子高度，以達到增強絕緣子絕緣性能的目的，另外制定科學合理高效的檢修排班表，當車組入庫檢修時，增加人力對動車組高壓系統(tǒng)設備進行清洗，確保列車安全運行，杜絕高壓閃污問題發(fā)生。

2、避雷器的檢修

在四、五級修中，首先對避雷器表面進行灰塵清洗，其次對兩邊的絕緣子進行絕緣性能測試，確保絕緣性能在1000MΩ以上，同時還需要定期對絕緣子進行漏電試驗、密封試驗等。

（1）漏電流試驗：在避雷器兩端施加42kV持續(xù)電壓，查看通過避雷器上的阻性電流分量是否超過2.2mA。

（2）動作開始電壓試驗：避雷器兩端施加直流電壓（直流電壓的脈動不大于±1.5%），待流過避雷器的電流等于1mA時讀取電壓值，其值應不小于50kV。

（3）密封試驗（即耐劣化試驗）。將避雷器置于82℃的水中1小時，1小時后取出，再放入2℃的水中1小時，觀察避雷器有無漏氣現(xiàn)象;循環(huán)4次，每個循環(huán)之間間隔1小時，避雷器在規(guī)定時間內應無連續(xù)性氣泡產(chǎn)生。之后將完成密封試驗的避雷器取出放涼至室溫，進行電氣性能判定[1]。

優(yōu)化：考慮到避雷器在動車組運營中受到雷擊的概率較低，后期對避雷器的檢修進行了優(yōu)化。結合四級修僅對其表面清潔，螺栓有無松動;使用DC1000V兆歐表測量避雷器兩端子間絕緣電阻不小于25MΩ即可。結合五級修對避雷器僅進行漏電流、動作開始電壓及密封試驗即可。將所有檢修項目分成兩個檢修時間段分別進行，避免了重復作業(yè)，同時也保證了設備的正常使用。

3、電壓互感器的檢修與優(yōu)化

根據(jù)動車組的實際運行環(huán)境以及技術特點，參照電壓互感器用戶手冊的檢修規(guī)程來對電壓互感器進行例行檢修，主要檢修內容包括以下幾個方面：

（1）清潔電壓互感器表面，并進行狀態(tài)檢查;

（2）對一次和二次側端電氣連接狀態(tài)進行檢查;

（3）對電壓互感器絕緣子裙部及各裙部之間進行狀態(tài)檢查;

（4）對電壓互感器二次側電阻值進行測量;

（5）對電壓互感器的實際映射進行試驗。

關于電壓互感器的優(yōu)化，可以在現(xiàn)有檢測項點中增加電壓互感器勵磁特性、誤差測量、工頻耐壓以及局部放電等檢查，可提早發(fā)現(xiàn)絕緣薄弱擊穿點或匝間短路現(xiàn)象。

4、主斷路器的檢修

（1）檢查主斷路器各零部件是否出現(xiàn)損傷、變形情況;

（2）檢查配線是否有老化現(xiàn)象;

（3）檢查絕緣支撐瓷管內是否存在積水，若存在，則用柔軟的干布擦拭干凈，并對進水路徑進行檢查、修復。

優(yōu)化：后期考慮到主斷路器通斷頻率較高，對主斷路器檢修進行了增加更具體的試驗要求，

1）氣密性試驗：通大于700kPa氣源，主斷路器閉合時，保壓10min，氣壓下降不超過10%。

2）動作試驗：檢修后進行開關動作試驗，見表6-2（見附件），開關動作順暢。

3）在DC100V電壓、700kPa氣壓下檢測分閘時間不大于60ms，合閘時間不大于100ms。

4）絕緣電阻檢測：用DC2500V兆歐表測量主斷路器主回路對地和極間的絕緣電阻不低于200MΩ;用DC500V兆歐表測量電氣控制電路對地的絕緣電阻不低于20MΩ。

5、接地開關的檢修與優(yōu)化

對動車組接地開關進行檢修的方法主要通過兩個方面：第一，對接觸網(wǎng)帶電情況下誤操作司機室接地保護和按鈕進行檢修，發(fā)現(xiàn)受電弓在升弓狀態(tài)下，接觸網(wǎng)沒有斷電，是否造成很大的接地電流，是否造成變電所保護跳閘，接觸網(wǎng)是否出現(xiàn)嚴重燒斷的現(xiàn)象。第二，對保護接地開關沒有斷開直接操作隔離開關，在沒有降下受電弓、斷開接地開關EGS的情況下，是否形成巨大的放電電流進行檢修。

檢修：當達到四級修后對接地開關更新拆卸過的緊固件和橡膠件，檢查箱體內部無異物、無進水。當達到五級修時對接地開關性能檢查，閘刀閉合時的接觸壓力為（80±8）N。

優(yōu)化：考慮到受電弓在升弓狀態(tài)下，接觸網(wǎng)沒有斷電，會造成很大的接地電流，接地開關能否正常工作，對動車組其他設備的保護有關鍵性作用。因此對接地開關的檢修進行了詳細的優(yōu)化。

當四級修時，檢查箱體防水膠狀態(tài)，縫隙、裂縫無貫穿時進行修補，有貫穿時開蓋檢查。閘刀閉合時接觸壓力：SH2052C、CSH2010型為（80±8）N，37KS型為（82±8）N。當五級修時，接地保護開關箱體重新噴漆，接地保護開關刀夾、連接器、箱內驅動機構彈簧、各橡膠密封墊、線性軸承、輔助觸點更新。氣缸內活塞、軸銷等活動部位進行潤滑，活塞環(huán)更新，對接地開關氣缸關鍵配合尺寸進行測量合格。

6、電流互感器的檢修與優(yōu)化

對于動車組電流互感器的檢修主要通過三個方面進行：

（1）檢修電流互感器的接線盒密封性;

（2）檢修電流互感器鐵芯質量問題;

（3）檢修電流互感器磁芯端面腐蝕情況。

考慮到動車組的長期運營環(huán)境，具體的優(yōu)化措施為：

（1）嚴格控制供應商的產(chǎn)品質量。

（2）針對電流互感器接線盒密封性進行優(yōu)化。要求電流互感器生產(chǎn)商對該產(chǎn)品的設計進行優(yōu)化，提高IP等級，改進安裝方案，對接線盒進行全方位打膠密封，防止進入水汽等腐蝕接線端子，影響互感器的檢測性能。

（3）提高電流互感器磁芯端面的硅膠密封工藝。用硅膠密封互感器兩半之間的空間，將硅膠涂打在電流互感器的下半部上，并在互感器端面外圈連續(xù)涂膠一周，確保磁芯與外界隔離。

7、高壓隔離開關的檢修與優(yōu)化

針對動車組車頂?shù)母邏焊綦x開關，主要有以下幾種檢修方法：

（1）對高壓隔離開關的自然積污特性及污穢成分進行檢修分析;

（2）在積污條件下對高壓隔離開關的閃絡機理及抑制措施進行檢修分析;

（3）對強風沙環(huán)境下車頂高壓隔離開關的閃絡特性進行分析;

（4）對高壓隔離開關絕緣狀態(tài)表征參量及在線監(jiān)測技術進行研究;

（5）對適用于動車組高壓隔離開關的標準老化試驗方法及老化試驗平臺進行研究。

對高壓隔離開關的檢修優(yōu)化，可以建立能夠模擬車頂隔離真實運行工況的多因素共同作用老化平臺，探究適用于車頂隔離的標準老化試驗方法。另一方面，在原鐵道部印發(fā)的動車組檢修規(guī)程中，根據(jù)車頂隔離的檢修更換標準進行外觀檢查，以求形成檢修導則與試驗標準。

檢修：前期對高壓隔離開關的檢修要求較為簡單，四、五級修僅僅對其外觀狀態(tài)進行檢查，并更換浪涌吸收器、電磁閥及閘刀附件。

優(yōu)化：結合高壓隔離開關安裝環(huán)境，隔離若出現(xiàn)閃絡會造成動車出現(xiàn)停運事故等重要影響，對高壓隔離開關的檢修進行了優(yōu)化。結合四級修：檢查閘刀與刀夾接觸性能良好。閘刀打開時，檢查兩簧片間距及閘刀接觸部位厚度滿足要求。發(fā)現(xiàn)閘刀電蝕，對電蝕凸點打磨處理;閘刀電蝕凹坑限度：電蝕凹點深度不大于1mm，且面積不大于240mm2，超限時更新。

結合五級修，對高壓隔離開關的閘刀重新鍍銀，變形嚴重時更換，閘刀附件除銹并修復。對浪涌吸收器四級修時進行電阻測量。接觸電阻、線圈電阻測量及耐壓、氣密性、動作穩(wěn)定性、動作電壓試驗合格。結語：

本文主要針對霧霾天下高壓系統(tǒng)的檢修以及避雷器、箱體的檢修提出了現(xiàn)存幾點問題及優(yōu)化措施，希望能通過提高對數(shù)據(jù)的分析處理、設計及檢修方案的不斷優(yōu)化等手段達到動車組安全可靠運行的目的。

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