动车组高压电气回路智能监控系统研究

动车组高压电气回路智能监控系统研究

张杰

中车青岛四方机车车辆股份有限公司   山东省青岛市 城阳区 266111

摘要：高压系统是动车组整个电传动系统的重要保障，其安全、智能化的程度直接关系整个电传动系统装备的安全及使用寿命。近年来国内动车组及电力机车在日常运营中陆续发生了一些较为典型的高压事故。比如高次谐波谐振引起的过电压事故，造成多列动车组车顶避雷器爆炸或烧损、相应供电区段变电所跳闸等，最终导致动车组停运。本文对动车组高压电气回路智能监控系统进行分析，以供参考。

关键词：动车组；高压系统；监控系统

引言

动车组是中国铁路客运的主要力量，动车组的安全稳定运行是国家稳定发展的关键因素。高压供电系统是uem的一个重要组成部分，如果运行中出现故障，将对uem的运行安全和运输顺序产生重大影响。必须深入研究高压电源系统故障的原因，并制定相应的优化控制措施。

1动车组高压设备箱的发展

目前我国运营早期动车组高压电气设备仍采用车顶户外安装方式，结构简单，成本较低，但受天气、环境情况影响较大，也增加了维护成本和时间，缩短了高压电气设备的使用寿命。中国标准动车组开始采用了自主化高压设备箱方案，通过合理安排设备布局，能够初步满足现有动车组高压系统的运营需求。国内早期运用的动车组采用高压设备箱方式为CRH2型、CRH380A型和CRH380D型动车组，其高压设备箱设计思想并不相同。其中CRH2型、CRH380A型动车组高压设备箱内包含真空断路器和避雷器等部分高压设备，并不是完全意义上的高压设备理想安装方式，此种高压设备箱布置方式为过渡型方案，通过部分高压部件放置于箱体内，但相对于其他国内动车组户外布置方式，CRH2型、CRH380A型动车组车顶高压设备布置简洁、紧凑。

2动车组高压电气回路智能监控系统

动车组高压电气回路智能监控系统由监控保护单元和故障定位2部分组成。其中监控保护单元安装于车内配电柜，故障定位安装于车厢外部高压电缆和相关设备电气节点处。运行监控方式依赖的关键设备是故障指示器，故障指示器安装在动车组主电缆上或相关设备电气节点处，通过检测故障电流指示故障所在的出线、分支和区段。动车组高压电气回路任一支路发生故障后，故障指示器可实现故障信号的无线远传和故障自动定位。通过在车顶高压电缆（HVL）或跨接电缆（AHVL）处安装小型故障指示器，可以实现电缆区段及各电气设备的故障定位，高压线路电源由P2受电弓供给，当在F点发生短路故障时，P2下方的断路器速断跳闸，切断故障线路，同时，故障点前的故障指示器FI4、FI5能够检测到故障电流，故障信息可传递到两侧的保护装置，由保护装置分析定位出故障区段在FI3、FI4之间，实现故障的快速精确定位。定位信息可在保护装置上显示或通过通信远传。故障指示器的通信方式可根据实际需求选择无线通信或有线通信，定位时间在30s以内。

3 C-GIS型高压设备箱风险分析

振动、冲击对插拔件密封和绝缘性能的影响，动车组用高压部件进行模块化设计，4大模块之间采用全绝缘插接式拼接组装。在产品底座和安装基础增设减震器或阻尼器，用来吸收部分振动能量，使设备阻尼增大10%~15%，从而提高抗振动、抗冲击能力。并在设计中将模块中的多个硬性连接设计为柔性连接；在安装方面增加缓冲装置，增加固定位置，消除模块间的相对运动。在绝缘性能方面，设计之初就考虑到在不影响外形尺寸的同时，加大绝缘裕度。确保达到要求绝缘性能的条件下，留有更大的安全空间。全绝缘插接技术已是中压C-GIS的成熟技术，从设计和安装进行优化，借鉴成功经验，能够保证抗振动、冲击的密封性和绝缘性能。

4改善动车组高压电气系统故障的建议

4.1提升受电弓检修质量

为了更好地确保弧的寿命，必须动态管理弧元件的寿命。维护电弧焊时，检查电弧焊角、碳滑板、安全气囊、路径、软连接和紧固件。必须每1个月更换一次碳滑板。uem一、二级维护时，能够对电弧焊测试设备进行静态检测，判断电弧焊时间、接触压力时间和工作高度，及时消除隐患。为了使电弧能够适应艰苦复杂的工作环境，建议制造商优化零件质量，采用新技术、新材料来提高绝缘子、碳滑板、空气管道的机械和电气特性。

4.2高压变压器的定期保养

高压变压器应定期维护，确保高压变压器的清洁。日常维护时应检查高压变压器绝缘情况，高压变压器严重损坏时应及时更换。此外，还应检查低压端、屋顶密封胶和紧固件的电源工作状态。高压变压器破裂时，应及时进行预防试验和更换变压器。

4.3隔离开关的定期处理

绝缘开关很少引起故障，通常是烧伤。因此，应注意经常保持隔离开关，以避免造成高压系统放电。保养时应注意紧固、绝缘裙和柔性连接的牢固性。此外，应定期检查隔离刀磨损和外观，如果损坏严重，应及时更换。

4.4接地开关的维护和优化

uem接地开关的维护方法主要有两个方面:一是接触网接通时接地保护和司机室按钮的维护，检测接触弧在电弧上升状态下未关闭， 如果引起大量接地电流，引发电压站保护触发，接触网严重烧伤。 其次，无需断开接地开关即可保护接地开关，并进行维护，了解是否存在巨大的放电电流而不降低电弧炉，断开接地开关egs。uem接地开关的优化措施是断开司机室的egn断路器，将保护接地开关的闭合按钮移入操作箱，并关闭接地开关的闭合电路。接地开关关闭按钮进行了修改，以有效防止egs在操作故障时保护接地开关，并确保uem的安全和正常维护操作。

4.5电压互感器的维护与优化

uem高压系统的基本设计是基于25kv交流电源系统电压。连接分为八组，通常形成两个高压供电单元，而列车牵引和辅助供电则由两个相同的牵引单元提供。根据uem的实际工作环境和技术特点，应参照《电压互感器用户手册》的维护程序对电压互感器进行例行维护，主要维护内容包括:(1)清洗电压互感器表面，进行状态检查；(二)检查一、二端电气连接状况；⑶隔离裙与裙子之间的状态检查；(4)测量电压互感器二侧电阻。电压互感器维修优化可提高电压互感器的励磁特性、误差测量、工频耐压性和现有检测点局部放电试验，并可提前检测绝缘低爆点或短路点之间的短路现象。

5试验验证及数据分析

动车组电能品质监——高速动车组作为一个移动多变负荷和一个移动变化的电流谐波源，根据目标速度要求在牵引和制动工况下不断切换，不同工况条件下的谐波电流含量有所区别，特定次谐波含量较高且和牵引供电系统线路匹配不当时会影响接触网电能质量，污染电磁环境，严重时引起谐振过电压，影响行车安全，破坏高压设备绝缘，降低设备使用寿命，所以“车网”之间的参数匹配极为重要，需从谐波源头加强实时有效监测并预防谐振发生。

结束语

动车组高压电气系统由多个部件构成，每个部件的系统故障是不同的。因此，需检查系统的主要组件问题。本文分析了系统中存在的缺陷和危险，并提出了相应的改进建议。通过相应的分析建立可靠性场图，发现高压电网故障与驱动组的维护机理相关。因此，要注意改善高压系统的日常维护，保证系统的可靠性。

参考文献

[1]曹伟东.基于多尺度信息融合的动车组电缆终端局部放电识别方法研究[D].西南交通大学,2021.

[2]牛晨旭,杨辰飞.线槽材质对高压线缆屏蔽影响仿真分析[J].科技创新与应用,2018(25):73-74.

[3]史丹.动车组高压系统操作过电压及其抑制技术研究[D].北京交通大学,2017.

[4]张兆慧,吴命利,郭晨曦.动车组车顶高压电气系统常见故障分析[C].2018年轨道交通电气与信息技术国际学术会议（EITRT2018）论文集.,2018:112-117.

[5]陈乐恒,张凯荣,周佳,王鑫.CRH_3型动车组车顶高压电气设备闪络故障分析及改进[J].中国铁路,2019(02):66-68.