CRH5型動車組高壓設備絕緣性能改進分析

牛牧　黃小航

摘要：CRH5型動車組在霧霾等天氣下運行，高壓設備絕緣性能等級下降，導致高壓設備爬電，影響動車組正常行車。對比國內及國外相關鐵路標準，對高壓設備絕緣子絕緣性能進行分析，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備爬電的問題。

關鍵詞：高壓設備；CRH5型動車組；絕緣子；絕緣性能；爬電 文獻標識碼：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重，天氣霧霾程度加劇，動車組受運行環境的影響，附著在車頂高壓設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備結構及相關絕緣參數進行了分析研究，并對絕緣性能改進進行了介紹。

1 CRH5型動車組高壓設備總體介紹

1.1 高壓設備布置

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

1.2 高壓設備介紹

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

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，帶有電子設備的低壓組件則安置在箱內。

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線電壓隔離，每個主斷路器負責一個牽引單元，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。浪涌避雷器上出現的故障，在相關斷路器打開的情況下，由車載診斷系統通過電流互感器讀取出現的故障。

2 高壓設備絕緣子絕緣性能分析

2.1 額定沖擊電壓

國外國內標準對過電壓的定義：

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

1類過電壓（OV1）：電路中具有內部和外部過電壓保護且只能出現有限的過電壓，因為：不直接與接觸網相連；內部操作；處于一個設備或裝置內。

2類過電壓（OV2）：電路不直接與接觸網相連且有過電壓保護。

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

4類過電壓（OV4）：電路直接與接觸網連接、連接點附近無過電壓保護裝置且可能承受雷電或開關過

電壓。

過電壓分類解釋如下：

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

另有濾波器或內在元器件（如半導體元件）保護的主電路，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 國內標準。國內標準TB/T 1333.1-2002等同于IEC60077-1：1999，其中對過電壓的規定完全

一致。

2.2 結構高度

在《電力機車車頂絕緣子第1部分：瓷絕緣子（TB/T3077.1-2006）》和《電力機車車頂絕緣子第2部分：復合絕緣子（TB/T3077.2-2006）》中對結構高度的有兩種規格。

CRH5型動車組絕緣子結構高度。按照目前標準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，未強制要求高度必須是400mm。但在已被替代的老標準TB/T3077-2003中強制要求絕緣子高度必須是400mm。

2.3 電氣間隙

國外國內標準對電氣間隙的規定：

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

2.3.2 國內標準。國內標準TB/T 1333.1-2002等同于IEC60077-1：1999標準要求。

另外，在《鐵路技術管理規程》第七章供電、給水設備中第156條描述如下：“接觸網帶電部分至固定接地物的距離，不小于300mm；至機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備。

2.4 爬電距離

國外國內標準對爬電距離的規定：

2.4.1 國外標準。《鐵路應用-鐵路車輛上的電氣設備第1部分：基本工作條件和基本規則（IEC60077-1-1999）》中對額定電壓為31kV、污染等級為PD4（灰塵累積程度：定期清潔產生的偶然導電；濕度：雨、雪、冰、霧）時的最小爬電距離為775mm。《鐵路應用 絕緣配合第1部分：基本要求 電工電子設備的電氣間隙和爬電距離（EN50124-1-2001）》標準中對額定電壓為31kV、污染等級為PD4時的最小爬電距離為992mm。

2.4.2 國內標準。在TB/T3077.1-2006和TB/T3077.2-2006標準中對結構高度的有兩種規格：結構高度315mm絕緣子的爬電距離不小于750mm；結構高度400mm絕緣子的爬電距離不小于1000mm。

3 CRH5型動車組高壓系統的改進方案

（1）更換一單受電弓和車端跳線支撐絕緣子；（2）車頂高壓設備安裝螺栓增加絕緣帽；（3）主斷安裝座鋪設硅橡膠絕緣墊。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到300mm以上，以滿足絕緣要求。

4 CRH5型動車組高壓設備的試驗情況

4.1 車頂高壓設備雷電沖擊試驗

對車頂高壓設備進行雷電沖擊試驗，具體試驗情況如下：

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，進行雷電沖擊試驗，當雷電沖擊電壓達到146kV時出現了擊穿現象。

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，進行172kV雷電沖擊試驗，沒有出現擊穿現象。

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

通過上述試驗，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備均滿足170kV雷電沖擊電壓的

要求。

4.2 車頂高壓設備安裝螺栓增加絕緣帽試裝

在車頂的受電弓、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高國產絕緣子、主斷路器的底座上平面鋪設硅橡膠絕緣墊、車頂絕緣子固定螺栓增加絕緣帽后，車頂高壓設備電氣間隙均大于300mm，并且滿足標準中4類過電壓（OV4）170kV雷電沖擊電壓的

要求。

經過以上改進，2012年底至今，CRH5型動車組未發生因霧霾等惡劣天氣情況下高壓設備絕緣等級下降導致的高壓設備故障，改進效果明顯。

（責任編輯：周 瓊）