辛镇 张翼天
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东省青岛市 266100
摘要：动车组的运行使用经常需要面对较为恶劣的环境，动车组的高压设备在长期运行的过程中受到外界不良因素的影响，容易产生损坏，影响动车组行驶的安全性能，严重的情况下还有可能引发安全事故。动车组车顶高压设备的绝缘配合设计的强化，对于动车组的运行安全及设备应用性能稳定性提升有重要意义。因而本文就对动车组车顶高压设备配合的影响因素与其绝缘配合设计的具体方法进行研究。
关键词：动车组车；顶高压设备；绝缘配合设计
引言：动车组车顶的高压设备运行直接与外界环境进行接触，极容易受到外界环境的影响，尤其是动车组的运行环境会伴有雨雪、浓雾、污染、雷电等情况，长时间的运行高压设备会逐渐受到侵蚀，从而影响到设备运行的质量状态。绝缘配合设计与车顶的高压设备之间紧密关联，并与供电接触网系统也相互作用，需要保证其绝缘配合设计的科学性和适用性，以强化高压设备绝缘保护效果。
一、动车组车顶高压设备绝缘配合的影响因素分析
（一）行驶地区海拔
在动车组运行期间，车顶高压设备是与外界环境进行直接性的接触，设备运行的绝缘效果与行驶地区的海拔之间有较大的关联影响[1]。当动车组行驶的海拔较高时，外界环境空气当中的绝缘介质会发生相应的变化，车顶高压设备的绝缘性能会逐渐降低。而海拔的变化影响作用在空气密度、空气湿度与空气温度，当海拔不断提升的情况下，空气密度会变小、空气湿度变低、温度也会下降。在海拔较高时，外界环境气压值会降低，空气分子的活动空间变大，空气当中电离行为增加，介电强度变弱，综合作用下车顶的高压设备绝缘强度会受到不良的影响。
（二）使用环境的污染情况
动车在长时间行驶的背景下，车顶设备也会逐渐被外界环境进行污染，根据外界环境污染情况的差异对车顶高压设备绝缘效果的影响力度也不同。当外界环境污染程度较为严重的情况下，车顶设备遭受污染物质侵害后，具备污染性质的物质与高压设备接触，其本身就具备导电的特性，从而影响设备的绝缘性能。主要的污染物质包括尘埃、污水、煤灰、金属粉末、碳粉末等等。
（三）过压电的影响
在动车组运行期间，外部供电网和自身电网运行都会产生过压电，过压电的形成途径具有多样化的特点，一旦形成过压电，设备就会受到冲击电压的侵害，从而使车顶高压设备的绝缘效果受到影响，实际的影响作用会根据过压电的实际种类进行确认。动车组行驶当中可能会产生的过压电主要有四种，分别为：过分相产生的过电压、弓网关系产生的过电压、操作过电压、大气过电压（雷直击过电压和感应过电压）。
（四）设备绝缘材料的影响
当动车组在恶劣环境条件当中长期行驶过程中，污染作用不断的腐蚀车顶高压设备，设备的表面在干燥状态下会产生漏电的情况，电流的运行无法保持正常状态，引发闪络问题，闪络形成的能量会集中发作，最终对绝缘材料进行破坏。绝缘材料会在能量冲击作用下产生分解，电流冲击下会产生电腐蚀的情况，固体的绝缘材料表面会出现电通道。设备的绝缘材料产生异常之后，会对设备的爬电距离造成消极影响，因而绝缘材料的优化非常必要。
二、动车组车顶高压设备绝缘配合设计分析
（一）车顶设备海拔修正设计
动车组的高压设备试件外绝缘电压值=U0×Ka，其中U0为标准大气条件下试验电压所得的数值，将1千米海拔高度作为动车组行驶海拔条件的标准参考值，当海拔值在1km-4km的区间时，海拔修正因数Ka=em（H－1000）/8150，在设计期间可以根据实际情况将各项参数值带入公式当中，根据海拔的修正因数值，对动车组应用海拔地区的冲击电压进行修正，采用线性插值法计算修正后的最小电气间隙。
（二）车顶高压设备污染等级的确定
根据我国相应的环境污染等级分化标准，环境污染可以分为七个类别，针对动车组车顶高压设备的污染主要有三种，分别为PD4、PD4A、PD4B，其中PD4污染等级对设备进行污染之后，高压设备会产生定期清洁的偶发性导电故障；PD4A污染等级作用下，高压设备会产生严重污染导致的偶发性导电问题；PD4B污染等级背景下，高压设备会出现及严重污染导致的偶发性导电情况。在具体的设备污染等级分析时，需要对动车组运行的实际自然环境污染特点情况进行明确，然后对高压设备的绝缘配合进行优化设计，就比如PD4指的是安装在车顶的具体设备零件结构，如受电弓受到污染侵蚀导致绝缘子产生了重度污染。
（三）车顶设备过压电的设计
动车组车顶高压设备的过压电情况主要可以分为四种类型，一是经过电气隔离运行，由若干个连续滤波器与高压电路隔离而形成的低压电路类型；二是没有与接触网进行关联，并产生了过电压保护的电路结构；三是与接触网进行直接性的连接模式，产生电压保护，但不会受到大气过电压影响的电路类型；四是跟接触网进行连接，不存在过电压保护行为，并会受到大气过电压影响的电路类型。当动车组工作时，车顶受电弓装备一直到避雷器、主断路器这一电路结构类型属于上述的第四种，而从主断路器开始一直到牵引变压器原绕组之间的电路结构则属于上述的第三种类型，在避雷器设备后边的高压设备电路设计类型均属于第三种。
（四）设备最小电气间隙的设计
对于动车组的电气间隙设计，需要考量设备的额定绝缘电压情况，然后有针对性的进行设计调整，动车组的额定绝缘电压就是设备运行的最高电压值，在实际的动车组运行期间就能够直接确定额定绝缘电压值数值（UNm），动车组接触网的直接供电牵引系统相应的运行参数确认，可以根据IEC 62497－1的附录D选取额定绝缘电压，因而可以确定UNm值为27.5kV。在动车组车顶高压设备系统电路运行状态下，两种类型的电路冲击电压值分别为125kV、170kV[2]。同时要综合动车组行驶的自然环境情况、设备安装情况、设备污染等级特点等因素，就比如当UNi的数值为125kV、污染等级为PD4的情况下，最小的电气间隙设置需要控制在23cm。
（五）设备最小爬电距离设计
动车组的车顶高压设备运行所形成的额定绝缘电压值比较大，在设计最小爬电距离时，需要综合考量绝缘材料应用组别、设备污染等级，然后对应确定爬电距离的系数值，然后将两项参数进行相乘，最终得到的结果数值就是最小爬电距离。另外在实际确认爬电距离参数时，还需要对高压设备大面积导电的实际情况进行了解，在其导电的过程中会逐渐形成一定的污染物聚集的情况，这种情况下需要相应的扩大爬电距离设计。当动车组的绝缘电压最高值超过1000V的时候，需要设置设备避免减污处理，相应的最小爬电距离可以设计为20mm/kV，具体设计需要根据具体情况灵活进行。
结束语：动车组的车顶高压设备运行质量与安全，对于动车组行驶的安全有直接的影响，在进行车顶高压设备的绝缘配合设计时，需要从整体角度进行综合分析，对各个高压设备运行实际情况进行了解与研究。并要对动车组运行的环境条件、车顶高压设备建设水平进行明确，对各个设备结构的绝缘选择、尺寸进行科学的设计，保证绝缘设计的适宜性，采取措施降低设备污染积累情况，促进设备绝缘性能的有效优化。
参考文献：
[1]孙振龙.高速动车组车顶复合绝缘子闪络特性研究[D].兰州交通大学,2020.
[2]支青云,孙继星.动车组高压电缆终端的绝缘劣化机理研究[J].电气化铁道,2020,31(S2):58-61.
作者简介 辛镇，1985.12-- ，男，汉族，山东潍坊人，本科，电气工程领域