關(guān)于某型平臺動車組避雷器炸裂問題的原因分析

杜鵬

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧錦州 121000）

隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，高速動車組的數(shù)量逐年增多，動車組的運行安全顯得尤為重要。避雷器是動車組在高速鐵道運行時的關(guān)鍵過電壓保護設(shè)備之一，我國的動車組高壓系統(tǒng)主斷路器前后均設(shè)置了避雷器，用于保護高壓設(shè)備免受過電壓的損壞。本文介紹了某型平臺動車組可能發(fā)生避雷器炸裂問題一些原因分析，為動車組專用避雷器的穩(wěn)定運行提供了理論依據(jù)。

1 避雷器工作機理

避雷器主要由電阻片、壓縮彈簧、金屬墊塊、硅橡膠外套、絕緣支撐管（環(huán)氧筒）、上下法蘭組成。電阻片疊加成柱，通過彈簧壓緊，與法蘭連接形成電氣通路，環(huán)氧筒起支撐作用，提供足夠的抗彎應(yīng)力，硅橡膠外套用來提供密封，防止水汽進入，同時提高外絕緣爬距，法蘭用于與高壓、低壓連接，各密封面均涂抹防水膠。

避雷器具有良好的非線性伏安特性，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓時，避雷器呈現(xiàn)低電阻，吸收過電壓能量，使被保護電器設(shè)備上的過電壓限制在允許范圍內(nèi)，從而保護了電器設(shè)備絕緣免遭過電壓的損壞。在電力系統(tǒng)正常工作電壓下，避雷器呈現(xiàn)高電阻，流過避雷器的電流僅為微安級，確保了避雷器長期正常運行。且避雷器具有自恢復(fù)性，在未被擊穿的情況下，避雷器動作前后伏安特性不變。避雷器結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 避雷器結(jié)構(gòu)示意圖

2 故障外部因素分析

避雷器作為動車組電氣保護類器件，其作用是保護高壓設(shè)備免受過電壓的損壞，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓時，避雷器由高電阻變?yōu)榈碗娮瑁詹Φ蒯尫拍芰?，使被保護設(shè)備的過電壓限制在允許范圍內(nèi)。造成避雷器炸裂的原因主要有如下幾方面：

(1)當(dāng)列車運行過程中遭受大氣過電壓（主要指直擊雷）沖擊，超出避雷器的耐受能力，會造成避雷器擊穿損壞。

(2)列車在升降受電弓、過分相、短路故障等工況中，牽引供電回路中的電感、電容等儲能元件在主斷路器打開或者閉合時，存儲在電感中的能量以電能的形式轉(zhuǎn)移到電容中，形成操作過電壓，會對避雷器造成沖擊，影響避雷器的使用壽命。特別是受電弓升降過程、主斷路器閉合過程中會產(chǎn)生操作過電壓。

(3)系統(tǒng)接地故障會造成電壓大幅波動，產(chǎn)生工頻過電壓幅值超過避雷器工頻電壓耐受能力時，避雷器將會擊穿損壞（概率很?。?/p>

(4)避雷器產(chǎn)品質(zhì)量問題，避雷器質(zhì)量不可靠主要體現(xiàn)在電阻片沖擊電流耐受水平低及密封性能差兩方面。避雷器的密封性能不可靠會造成避雷器內(nèi)部電阻片受潮，使其工頻電壓耐受能力不斷下降，當(dāng)不能耐受系統(tǒng)正常工頻電壓就會發(fā)生擊穿。

(5)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓諧振（高次諧波）對避雷器有較大影響。研究結(jié)果表明:在7～61次諧波電壓下，隨諧波電壓頻率增加，避雷器泄漏電流幅值線性增加，相位減小，阻性電流占比增大，避雷器消耗的有功功率明顯增加；高頻電壓會使避雷器內(nèi)部短時間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量，最終超過其耐熱極限而發(fā)生熱崩潰故障（炸裂）。

3 故障特殊原因分析

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓（雷擊過電壓、操作過電壓等）或接觸網(wǎng)諧波較高時，避雷器吸收能量過多，可能會導(dǎo)致避雷器發(fā)生炸裂故障。

4 故障樹

根據(jù)上述分析，建立故障樹如圖2所示：

圖2 避雷器炸裂故障樹

通過以上故障樹我們可以看出：造成避雷器炸裂故障主要有以下四個原因：①系統(tǒng)過電壓；②系統(tǒng)接地；③產(chǎn)品質(zhì)量；④接觸網(wǎng)諧波。

5 結(jié)論

本文介紹了某型平臺動車組可能發(fā)生避雷器炸裂問題一些原因，為動車組專用避雷器的穩(wěn)定運行提供了理論依據(jù)。