CRH5型动车组高压设备绝缘性能改进分析

牛牧　黄小航

摘要：CRH5型动车组在雾霾等天气下运行，高压设备绝缘性能等级下降，导致高压设备爬电，影响动车组正常行车。对比国内及国外相关铁路标准，对高压设备绝缘子绝缘性能进行分析，增加绝缘子高度，采取增加绝缘垫、绝缘扣盖等方式增大爬电距离，避免雾霾等恶劣天气情况下高压设备爬电的问题。

关键词：高压设备；CRH5型动车组；绝缘子；绝缘性能；爬电 文献标识码：A

中图分类号：U266 文章编号：1009-2374（2015）11-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.016

近年来我国各大城市空气污染严重，天气雾霾程度加剧，动车组受运行环境的影响，附着在车顶高压设备绝缘子表面的尘埃及污秽会逐渐加重，致使绝缘子的绝缘性能下降。针对前期发生的动车组车顶高压绝缘问题，本文对CRH5型动车组车顶高压设备结构及相关绝缘参数进行了分析研究，并对绝缘性能改进进行了介绍。

1 CRH5型动车组高压设备总体介绍

1.1 高压设备布置

CRH5型动车组车顶高压设备由受电弓、集成仪表箱、主断路器、避雷器、高压母线及相关绝缘子组成。

1.2 高压设备介绍

1.2.1 受电弓。CRH5型动车组使用的受电弓为单臂受电弓，该设备可从25kV、50Hz接触网处集电，轨道上的钢轨可用作回流导体。

1.2.2 集成仪表箱。集成仪表箱安装在TP和TPB车的车顶上。所有高压组件均位于箱体上方，带有电子设备的低压组件则安置在箱内。

1.2.3 主断路器。主断路器在异常情况下会将牵引单元高压电路与接触网线电压隔离，每个主断路器负责一个牵引单元，主断路器用于安全地闭合和断开高压电路。

1.2.4 避雷器。动车组安装有浪涌避雷器，全列共计4个。浪涌避雷器上出现的故障，在相关断路器打开的情况下，由车载诊断系统通过电流互感器读取出现的故障。

2 高压设备绝缘子绝缘性能分析

2.1 额定冲击电压

国外国内标准对过电压的定义：

2.1.1 国外标准。在《铁路应用-铁路车辆上的电气设备第1部分：基本工作条件和基本规则（IEC60077-1-1999）》和《铁路应用 绝缘配合第1部分：基本要求 电工电子设备的电气间隙和爬电距离（EN50124-1-2001）》标准中将过电压分为以下四种类别：

1类过电压（OV1）：电路中具有内部和外部过电压保护且只能出现有限的过电压，因为：不直接与接触网相连；内部操作；处于一个设备或装置内。

2类过电压（OV2）：电路不直接与接触网相连且有过电压保护。

3类过电压（OV3）：电路直接与接触网相连、有过电压保护且不承受大气过电压。

4类过电压（OV4）：电路直接与接触网连接、连接点附近无过电压保护装置且可能承受雷电或开关过

电压。

过电压分类解释如下：

机车车辆一般都有过电压保护，其保护等级与特性有关。因此，只有从保护位置往上至受电器，且可由开关设备或断路器断开的电路才属于OV4。除过电压保护装置外无任何其他保护元件的主电路，属于OV3。

另有滤波器或内在元器件（如半导体元件）保护的主电路，都属于OV2，但已知浪涌等级的除外。如果电路具有电隔离、或有几个连续的滤波器、或元器件工作时将电路与高压电路隔离，则属于OV1。

2.1.2 国内标准。国内标准TB/T 1333.1-2002等同于IEC60077-1：1999，其中对过电压的规定完全

一致。

2.2 结构高度

在《电力机车车顶绝缘子第1部分：瓷绝缘子（TB/T3077.1-2006）》和《电力机车车顶绝缘子第2部分：复合绝缘子（TB/T3077.2-2006）》中对结构高度的有两种规格。

CRH5型动车组绝缘子结构高度。按照目前标准TB/T3077.1-2006和TB/T3077.2-2006要求，绝缘子的高度定义为315mm和400mm两种，未强制要求高度必须是400mm。但在已被替代的老标准TB/T3077-2003中强制要求绝缘子高度必须是400mm。

2.3 电气间隙

国外国内标准对电气间隙的规定：

2.3.1 国外标准。在《铁路应用-铁路车辆上的电气设备第1部分：基本工作条件和基本规则（IEC60077-1-1999）》和《铁路应用 绝缘配合第1部分：基本要求 电工电子设备的电气间隙和爬电距离（EN50124-1-2001）》标准中对电气间隙规定OV3类设备的额定冲击电压值应为125kV，对应的最小电气间隙是230mm。

2.3.2 国内标准。国内标准TB/T 1333.1-2002等同于IEC60077-1：1999标准要求。

另外，在《铁路技术管理规程》第七章供电、给水设备中第156条描述如下：“接触网带电部分至固定接地物的距离，不小于300mm；至机车车辆或装载货物的距离，不小于350mm。”但上述描述仅适用于牵引供电设备。

2.4 爬电距离

国外国内标准对爬电距离的规定：

2.4.1 国外标准。《铁路应用-铁路车辆上的电气设备第1部分：基本工作条件和基本规则（IEC60077-1-1999）》中对额定电压为31kV、污染等级为PD4（灰尘累积程度：定期清洁产生的偶然导电；湿度：雨、雪、冰、雾）时的最小爬电距离为775mm。《铁路应用 绝缘配合第1部分：基本要求 电工电子设备的电气间隙和爬电距离（EN50124-1-2001）》标准中对额定电压为31kV、污染等级为PD4时的最小爬电距离为992mm。

2.4.2 国内标准。在TB/T3077.1-2006和TB/T3077.2-2006标准中对结构高度的有两种规格：结构高度315mm绝缘子的爬电距离不小于750mm；结构高度400mm绝缘子的爬电距离不小于1000mm。

3 CRH5型动车组高压系统的改进方案

（1）更换一单受电弓和车端跳线支撑绝缘子；（2）车顶高压设备安装螺栓增加绝缘帽；（3）主断安装座铺设硅橡胶绝缘垫。针对CRH5型动车组主断路器上述问题，使用5mm厚的硅橡胶绝缘垫做成主断平面形状覆盖主断路器安装平面上部及四周，覆盖后电气间隙能达到300mm以上，以满足绝缘要求。

4 CRH5型动车组高压设备的试验情况

4.1 车顶高压设备雷电冲击试验

对车顶高压设备进行雷电冲击试验，具体试验情况如下：

4.1.1 拆除避雷器，其他高压部件正确连接，用电线连接主断路器的上、下接地夹后，进行雷电冲击试验，当雷电冲击电压达到146kV时出现了击穿现象。

4.1.2 主断路器安装平面上部铺放硅橡胶绝缘垫，拆除避雷器，其他高压部件正确连接。用电线连接主断路器的上、下接地夹后，进行172kV雷电冲击试验，没有出现击穿现象。

4.1.3 拆除车顶受电弓至隔离开关的连接母排，对受电弓高压侧施加170kV的雷电冲击电压3次。

通过上述试验，使用5mm厚的硅橡胶绝缘垫做成主断平面形状覆盖主断路器安装平面上部及四周后，CRH5型动车组车顶高压设备均满足170kV雷电冲击电压的

要求。

4.2 车顶高压设备安装螺栓增加绝缘帽试装

在车顶的受电弓、集成仪表箱、主断路器、避雷器及电缆支撑绝缘子的固定螺栓加绝缘帽，以增大电气

间隙。

综上所述，CRH5型动车组在将受电弓和车端跳线支撑绝缘子更换为400mm高国产绝缘子、主断路器的底座上平面铺设硅橡胶绝缘垫、车顶绝缘子固定螺栓增加绝缘帽后，车顶高压设备电气间隙均大于300mm，并且满足标准中4类过电压（OV4）170kV雷电冲击电压的

要求。

经过以上改进，2012年底至今，CRH5型动车组未发生因雾霾等恶劣天气情况下高压设备绝缘等级下降导致的高压设备故障，改进效果明显。

（责任编辑：周 琼）