关于某型平台动车组避雷器炸裂问题的原因分析

杜鹏

（辽宁铁道职业技术学院 辽宁锦州 121000）

随着我国高速铁路的快速发展，高速动车组的数量逐年增多，动车组的运行安全显得尤为重要。避雷器是动车组在高速铁道运行时的关键过电压保护设备之一，我国的动车组高压系统主断路器前后均设置了避雷器，用于保护高压设备免受过电压的损坏。本文介绍了某型平台动车组可能发生避雷器炸裂问题一些原因分析，为动车组专用避雷器的稳定运行提供了理论依据。

1 避雷器工作机理

避雷器主要由电阻片、压缩弹簧、金属垫块、硅橡胶外套、绝缘支撑管（环氧筒）、上下法兰组成。电阻片叠加成柱，通过弹簧压紧，与法兰连接形成电气通路，环氧筒起支撑作用，提供足够的抗弯应力，硅橡胶外套用来提供密封，防止水汽进入，同时提高外绝缘爬距，法兰用于与高压、低压连接，各密封面均涂抹防水胶。

避雷器具有良好的非线性伏安特性，当系统出现过电压时，避雷器呈现低电阻，吸收过电压能量，使被保护电器设备上的过电压限制在允许范围内，从而保护了电器设备绝缘免遭过电压的损坏。在电力系统正常工作电压下，避雷器呈现高电阻，流过避雷器的电流仅为微安级，确保了避雷器长期正常运行。且避雷器具有自恢复性，在未被击穿的情况下，避雷器动作前后伏安特性不变。避雷器结构示意图见图1。

图1 避雷器结构示意图

2 故障外部因素分析

避雷器作为动车组电气保护类器件，其作用是保护高压设备免受过电压的损坏，当系统出现过电压时，避雷器由高电阻变为低电阻，吸收并对地释放能量，使被保护设备的过电压限制在允许范围内。造成避雷器炸裂的原因主要有如下几方面：

(1)当列车运行过程中遭受大气过电压（主要指直击雷）冲击，超出避雷器的耐受能力，会造成避雷器击穿损坏。

(2)列车在升降受电弓、过分相、短路故障等工况中，牵引供电回路中的电感、电容等储能元件在主断路器打开或者闭合时，存储在电感中的能量以电能的形式转移到电容中，形成操作过电压，会对避雷器造成冲击，影响避雷器的使用寿命。特别是受电弓升降过程、主断路器闭合过程中会产生操作过电压。

(3)系统接地故障会造成电压大幅波动，产生工频过电压幅值超过避雷器工频电压耐受能力时，避雷器将会击穿损坏（概率很小）。

(4)避雷器产品质量问题，避雷器质量不可靠主要体现在电阻片冲击电流耐受水平低及密封性能差两方面。避雷器的密封性能不可靠会造成避雷器内部电阻片受潮，使其工频电压耐受能力不断下降，当不能耐受系统正常工频电压就会发生击穿。

(5)接触网网压谐振（高次谐波）对避雷器有较大影响。研究结果表明:在7～61次谐波电压下，随谐波电压频率增加，避雷器泄漏电流幅值线性增加，相位减小，阻性电流占比增大，避雷器消耗的有功功率明显增加；高频电压会使避雷器内部短时间内产生大量热量，最终超过其耐热极限而发生热崩溃故障（炸裂）。

3 故障特殊原因分析

当系统出现过电压（雷击过电压、操作过电压等）或接触网谐波较高时，避雷器吸收能量过多，可能会导致避雷器发生炸裂故障。

4 故障树

根据上述分析，建立故障树如图2所示：

图2 避雷器炸裂故障树

通过以上故障树我们可以看出：造成避雷器炸裂故障主要有以下四个原因：①系统过电压；②系统接地；③产品质量；④接触网谐波。

5 结论

本文介绍了某型平台动车组可能发生避雷器炸裂问题一些原因，为动车组专用避雷器的稳定运行提供了理论依据。