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摘要：本文以绝缘配合要求作为出发点，深入分析了动车组车顶绝缘子，断路器等一些重要高压设备的布置，进一步利用高压电缆，指出提高整车绝缘耐压性能的重要性。
关键字：动车组；高压绝缘；设计；
近年来空气污染严重，扬尘雾霾天气程度加剧，因此，动车组车顶高压设备不仅要承受雷电等各种过电压冲击，还要面对因空气污染对车顶高压设备绝缘子表面造成的侵蚀而导致的高压绝缘性能下降的问题。中国标准动车组出现的绝缘问题主要集中在受外界环境影响和绝缘配合设计不合理性两方面。目前，动车组的绝缘设计还没有统一的规范标准，即便处于同一电压其所选取的耐受压水平的差异也比较大。例如不同机车牵引主变压器原边25千伏侧的额定雷电的冲击耐压电压值为125，150，185kV等等，而耐压的高低和所采用的避雷保护水平将直接影响主变压器的使用周期。导致这一问题的原因主要由于以下几点：缺乏统一的绝缘配合标准；制造商对绝缘标准内容理解不尽一致；引进的产品按照各自国家生产标准来设计，然而各国家所采用的标准不统一。由于大多数高压绝缘故障发生之后不会留下直观的证据，很难判断造成故障的真实原因，因此在对这些故障的判断和认识上存在一定的误区。近年来，我国现作为动车生产大国，有必要对车辆绝缘配合标准进行规范和统一，为以后动车设计、生产及维护维修提供技术标准。
一、动车组高压设备的绝缘配合设计
高压设备绝缘性是指设备在使用寿命期间，能承受来自动车系统或外界的过电压冲击而不会发生永久性失效。绝缘配合的目的是通过对电气设备在供电系统中承受的工作电压，过电压保护装置对暂态操作过电压、雷电过电压的保护效果，及电气设备采用的绝缘材料、绝缘结构等绝缘方式对各种作用电压的耐受特性的综合考虑，以在合理的经济性上达到最高的绝缘性能。设计上，平衡系统中作用电压、保护装置及绝缘耐压等级的关系；经济上，协调好投资维护以及故障损失更换费用之间的关系。绝缘安全等级越高其可能发生的事故风险概率越低。
二、车顶的高压绝缘相关设计分析
车顶高压设备由受电弓、主断路器、避雷器、高压隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、高压母线及相关绝缘子组成。目前在国内外的研究中，针对高压供电系统绝缘配合已经有了较为全面的分析，，明确了动车组高压绝缘电气性能在参数选取上的原则。在关于机车车辆电气设备绝缘的铁标标准中对于车辆高压设备绝缘性能做了统一的标准。然而，其中关于25kV的技术指标以及相关标准还存在很多不兼容的问题。我国的标准电压25kV交流牵引系统，除动车组和电力机车之外，其余的绝缘等级能够达到35kV，便于与整个牵引供电系统进行绝缘配合，车顶的绝缘子标准基本能够满足这种转化工作，能够为车顶外绝缘相关设计提供重要的参考依据。
从车顶绝缘子来看，在TB/T3077-2006标准中要求结构高度为400mm的绝缘子的爬电距离须不小于1000mm。实际上，在保证绝缘子的电气绝缘环强度下，车顶高压带电部分对绝缘净空距离一般为高于360mm，有时会更大，由空气间隙放电电压取决于间隙距离以及间隙形状，最终我们可以利用工频闪络电压的方法进行验证绝缘子绝缘性能。当对雷电冲击耐受电压为185千伏，爬电距离高于1000mm，干耐以及湿耐的耐受电压分别为100KV和85KV，基本能够覆盖当前不同速度等级的动车组实际运行需求。
高压断路器。目前我国动车组所采用的高压断路器，包括真空和空气断路器这两种类型，由于真空半断路器具有较强的断电流能力，而且工作安全可靠，已经成为动车组断路器。主要选择类型从其结构上分为T形和立式这两种类型。立式断路器真空灭弧室处于绝缘套管的上半部分，而T形真空灭弧室在套管中，由于受到车顶限高因素的影响，立式断路器的绝缘高度相比T型来说结构高度降低且小于400mm，因此立式断路器对地冲击放电电压会低于185kV。但采用T形断路器能够有效改善冲击电压耐受能力，不仅能够提升空间利用率，同时还能够提升内外绝缘的强度。
三、主回路电缆以及导体对地间隙的分析
动车组中布置了不同电压级别的电缆，在布线时可能会造成电缆损伤或电缆虚接。因此在布线结束后需要对各个电压等级电缆进行绝缘耐压测试，检查其是否具备良好的绝缘状态。试验电压值一般取85%的额定工频耐受电压，电缆工作电压低于10kV时，额定工频耐受电压和车内导体对地空气间隙，参考EN60077-1标准可按照下表电压值进行试验；对25kV电缆参考国家标准可按照55kV电压进行试验，确定空气间隙需要依据导体具体的布置情况来考虑，最终通过冲击试验的检验。
四、整车高压检测
动车组车车顶高压设备整体的绝缘性能是否能够满足相关要求，可通过对车顶高压进行85kV的工频电压和185kV的雷电冲击电压试验来进行测试。高压绝缘常出现的问题有：1）高压部件本身绝缘水平未达到相关要求，如：互感器、绝缘子、断路器的外绝缘没有达到标准，爬电距离或放电间隙满足要求；2）受电弓放电间隙，受电弓降弓状态下的最小对地间隙时耐受冲击电压，及接地开关断口距离设计不当，最终可以利用冲击试验来进行分析。
小结
在本次研究中，基于绝缘配合角度出发，深入分析了车顶绝缘子，断路器的绝缘设计标准。结合当前国内的使用情况提出动车可以利用高压电缆达到绝缘水平的验证方法，以掌握机车运行之后，由于过电压可能会出现的绝缘失效问题。
参考文献
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论文作者:刘颖
论文发表刊物:《科技新时代》2019年4期
论文发表时间:2019/6/19
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