动车组高压电气系统故障及解决措施分析

动车组高压电气系统故障及解决措施分析

刘方强 胡茂强 王彦

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111

摘要：针对动车组的可靠性分析，实验数据、现场数据的获取都比较困难，这使得部件故障问题难以确定，动车组可靠性分析面临较多阻碍。动车组功能层次、运行条件、故障形式较为复杂，在统计现场数据时缺乏规范性，部件故障问题难以用精确数值表达。为此，文章重点论述动车组高压电气系统的主要构成部分，探析其中的典型故障，提出改善动车组高压电气系统故障的建议。

关键词：动车组；高压电气系统；检修方法

1动车组高压电气系统故障分析

1.1受电弓故障

受电弓故障多是高压放电、异物撞击导致的，常见的问题有受电弓碳滑板烧伤、碳滑板磨损、受电弓降弓。第一，我国动车组常会被飞鸟撞击导致故障频发。当发生异物撞击时，风路会漏风，自动降弓阀致使控制风路压力下降。若泄漏量超出自动降弓阀动作值，会使排风口开启，压缩空气被排出，进而引发受电弓下降，导致受电弓和接触网出现更多的损伤。第二，天气原因也会造成受电弓、接触网发生拉弧放电，受电弓碳滑板的供风软管产生泄漏，使受电弓自动降弓。第三，受电弓材质有问题。有一些受电弓的转轴材料很容易折断；或是弓角突然翘起；或是设备存在质量问题，导致碳滑板边缘的碳条和铝基板接缝存在漏风现象。

1.2高压电缆故障

导致高压电缆故障通常是因为高压放电、异物打击导致电缆保护套或绝缘层受损。海南地区的动车组频繁出现问题多是因为当地炎热多雨的气候容易使电缆绝缘层老化，进而影响绝缘强度。为此，在电缆终端绝缘层的设计上应充分保障质量。高压电缆绝缘层是由屏蔽线组成的，屏蔽层和导电铜芯彼此互联并绝缘。依据电磁原理，电流在流过高压母线时，会在母线周边出现交变电磁场，干扰周边的用电系统。屏蔽层会将静电收集起来，从抗静电接地线把静电传至车体，再由转向架、接地刷转到钢轨。当接地线断开时，高压母线静电会堆积在断裂位置，与另一端产生尖端放电^[1]。

1.3高压互感器故障

高压互感器经常出现灼伤、破损和爆裂情况。互感器的一次、二次绕组是在铁芯上面缠绕的，两者之间有绝缘介质。互感器绝缘物若炸裂，会在断面流出液体。由此可知，互感器线圈位置的绝缘漆处于逐步受热过程，外包树脂材料会避免热量发散而使热量累积后导致绝缘漆融化，最终导致互感器炸裂。分析互感器过热的原因如下：第一，高压互感器本身有缺陷，在浇筑绝缘体时混入杂质，导致高压互感器运行期间发生局部放电；第二，接触网过电压会对互感器的绝缘性能造成破坏，线圈匝短接而出现过大电流；第三，接触网和互感器耦合会造成铁磁谐振，互感器会有过多的热量积聚^[2]。

1.4绝缘子故障

绝缘子故障多是因天气原因导致的。遇到雷电天气时，车顶出现高压放电，绝缘子出现爬电，若此时车顶有异物撞击，就会引发放电，绝缘子被电流灼伤，导致内部金属层受损、质量变差。比如，广州动车段的 CRH3068C 动车组曾经在2013 年 1 月对 D3 道进行洗车时发现，受电弓右侧绝缘子发生放电，绝缘子已经变成纯白色，而绝缘子旁边的受电弓风管有接头断裂、碳滑板也被烧伤。因此，当发现绝缘子有爬电痕迹时，需要及时处理。

1.5隔离开关故障

隔离开关故障有过热损伤和爬电灼伤两种形式。故障发生多因接触弹簧损伤，绝缘子弹簧片发生灼伤，这种情况会导致绝缘片和弹簧片融化。依据车载数据得出，出现这类问题主要是接触弹簧和绝缘片没有很好地接触，造成接触面积缩小。当受到负载影响时，隔离开关会放电或生热，而后会散发出亮光。此外，起初弹簧片存在设计问题，导致弹簧片和绝缘片不能紧合，也会导致电灼事故发生。

2改善动车组高压电气系统故障的建议

2.1提升受电弓检修质量

为了更好地保障受电弓的使用寿命，应当动态管理受电弓的部件寿命。在检修受电弓时，要检查弓角等。每隔1 个月要更换1 次碳滑板。在对动车组进行一级、二级检修时，可实施受电弓测试设备静态检测，并判断受电弓升降弓时间、接触压力时间和工作高度，及时排除隐患。为了让受电弓能适应恶劣、复杂的工作环境，可督促供应商厂家对部件质量进行优化，并采用新技术、新材料提升绝缘子、碳滑板、空气软管的机械性能和电气性能^[3]。

2.2保障高压电缆性能

绝缘子伞裙和电缆防护套被污染，会频繁引发高压电缆事故。为此，需要及时清洁高压电缆，而且要严格管控紧固件的质量，保障接地线性能良好。若高压电缆已经出现较大损伤，要立即更换终端和电缆。从目前的运行情况来看，高压电缆接头很容易发生故障，故可考虑更换压电缆附件材质。

2.3定期维护高压互感器

高压互感器需要定期维护，保证高压互感器的整洁。日常维修时，要对高压互感器绝缘体进行检查，如果高压互感器发生严重损伤要及时更换。此外，要注意检查低压端电气、车顶密封胶、紧固件的运行状况。若高压互感器发生爆裂，应当做预防试验并及时替换互感器

^[4]。

2.4提高车顶绝缘子检查频率

动车组车顶常用的绝缘子材料是聚酯类、硅橡胶复合类。聚酯类绝缘子要在表面喷涂防污闪材料，并做好日常维护。若污垢无法处理，应当加入中性水做清洁。硅橡胶复合绝缘子具有较强的抗污闪性能，硅橡胶虽然抗撕裂性较好，但是结构柔软，机械性能不高。在车辆高速行驶时，伞裙舞边有可能折断、撕裂。恶劣天气发生时，绝缘子闪络频率偏高。因此，不仅要对车顶绝缘子做维护，还应做好相应的日常检查工作，同时要采取措施提高绝缘子结构强度，使其能够适应极端天气。

2.5定期处理隔离开关

隔离开关很少会产生故障，通常是出现灼伤损伤。因此，要注意对隔离开关进行定期维护，避免隔离开关产生高压系统放电。在检修时需要注意紧固件、绝缘子伞裙、软连线是否牢固。此外，要定期检查隔离闸刀磨损情况和外观情况，若损伤严重需要及时更换^[5]。

2.6高压接地故障在线检测方法

研究电缆终端类接地故障的在线检测方法是关于事中控制的重要一环。由于列车设计原理所致，现有的电路过流过压检测的软硬件无法完成精准的故障隔离。以某车型8编组为例，当 03 车升弓侧或06 车非升弓侧高压设备发生接地故障时，只有电流互感器 CT1 能够检测到过流信号，但是无法判定接地故障点位于升弓侧还是非升弓侧，这也是造成途中进行此类故障处置时风险隐患大的根本原因。因此，为改进高压设备接地故障隔离精度，在与主机厂、设备供应商进行了一系列技术探讨后，确定了一种已实施并已取得好成效的技术方案，即新增设电流互感器。

3结束语

综上所述，高压供电系统是动车组的重要组成部分，动车组运行途中高压系统故障多发，严重影响动车组运行安全。本文通过分析动车组高压供电系统产生故障的原因，制定优化措施。文中主要针对高压系统的检修提出了优化措施，希望通过提高对数据的分析处理、设计及检修方案的不断优化等手段，达到动车组安全可靠运行的目的。

参考文献:

[1]杨军.高速动车组高压箱内异常放电故障分析及解决方案[J].城市轨道交通研究,2020,23(09):133-135+140.

[2]邓文明. 动车组主断路器分析优化与试验研究[D].西南交通大学,2019.

[3]张志远.CRH3型动车组牵引传动系统可靠性分析与研究[J].中国高新科技,2018(16):13-15.

[4]李西宁,周安德,陈爱军.动车组车顶高压设备的绝缘配合设计[J].技术与市场,2018,25(02):36-37+39.

[5]刘侠,邱艳春,田鹏,周建源.CRH380A型高速动车组移动式特高耐压装置研究[J].轨道交通装备与技术,2017(01):36-38.