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[摘 要]本文从高速综合检测车高压设备布置安全性的角度出发，分析了影响列车高压设备安全的主要原因，优化了车顶高压电气设备的布置，提出了受电工、主断路器和车顶高压电缆等高压设备布置的设计准则。
[关键词]高速综合检测车 高压设备 电气安全
中图分类号：TM154.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）14-0282-01
0 引言
伴随着中国铁路跨越式发展，运营速度越来越快，动车组高压设备的安全性问题也随之而来。列车运行中，高压系统一旦出现问题就会造成车毁人亡，因此高压系统的稳定性和安全性直接影响着车辆运行安全。本文结合高速综合检测车现车安装环境，对车顶高压电气设备布局的安全性进行了分析和优化。
1 影响车顶高压设备布局绝缘性能的因素
车顶高压设备位于2/7车，如图1所示，主要包括受电弓、集成主断路器（包括接地开关、主断路器、浪涌保护器、电流互感器）、浪涌保护器（避雷器）、电压互感器、高压连接电缆。高压电气系统从高压接触线路采集25KV电流，为整车提供动力，并对高压系统进行控制、检测和保护。动车正常运行时，受周围环境影响（风尘、导电离子等），使车顶高压设备的绝缘性能造成影响，其中对绝缘性能影响较大的因素如下：
（1）受电弓与接触线间的空气间隙；
（2）受电弓与车体间的空气间隙；
（3）受电弓支撑绝缘套管的沿面闪络；
（4）浪涌保护器、电压互感器、高压连接电缆、绝缘支撑套管等的沿面闪络；
（5）相邻两车间的高压连接线与车体间的绝缘间隙。
2.车顶高电压设备布局分析
动车运行条件，决定了列车空间有限，不能像其他电气系统根据运行环境决定绝缘水平，只能利用增大放电间隙的方式来保护整个高压系统，来达到车顶绝缘配合的要求。
电气间隙的确定，一般基于预期的过电压（过电压类别）和电气工作环境（污染等级）。根据高速列车工作电压和过电压水平，其额定冲击电压为170KV，最小电气间隙为310mm，因此电气设备的高压端与地的电气间隙不应小于310mm。
车顶高电压设备包括：受电弓、电流互感器、集成主断路器、车顶高压电缆及附件（包括接线座、连接头）。下面针对高压设备及其绝缘措施进行详细分析。
2.1 受电弓绝缘状况分析
受电弓与车体间的绝缘主要有支撑绝缘高压套管、空气间隙。
（1）空气隙绝缘性能分析
受电弓与车顶间的最小间隙为310mm，该间隙能够满足系统工频耐受强度要求。
受电弓与车顶间的绝缘靠空气隙，由于受电弓底部的矩形框采用40mm的钢条，宽度较宽，电场分布比较均匀，因此它与车顶间隙可近似等效为“棒-板”电极来处理。根据间隙大小和矩形框钢条宽度，50%冲击耐压为127KV。牵引供电网电压峰值一般为35-40KV，过电压峰值约为87-100KV，因此该间隙能承受冲击电压的要求。
（2）高压套管绝缘性能分析
高压套管上下端间距为355mm，满足气隙不小于310mm的要求，因此高压套管两端的气隙耐压满足要求。对高压套管造成绝缘击穿，主要原因为沿面闪络，该闪络电压比空气隙击穿电压低得多。
从受电弓支撑绝缘子表面爬距约为1005mm。受电弓工作电压的有效值为27.5KV，因此其爬电比距为36.5mm/KV，该值大于最小爬电比距25mm/KV，因此该绝缘子沿面距离能够达到要求。
2.2 电流互感器绝缘状况分析
电流互感器被封闭在一个高压绝缘套管内，工作电压与受电弓相同，高压绝缘套管的参数与受电弓支撑绝缘套管相同，因此，其气隙耐压和沿面闪络耐压值均能满足要求。
2.3 集成主断路器绝缘状况分析
集成主断路器两端口的间距为588mm，大于最小间隙310mm，能夠满足要求。
集成主断路器端口对地的爬电距离为1288mm，爬电比距为46.8mmmm/KV，该爬电比距大于最小爬电比25mm/KV，因此两端口间的沿面闪络距离能够满足系统耐压的要求。
2.4 车顶高压电缆及附件绝缘状况分析
高压电缆接线座爬距约1040mm，爬电比距为37.8mm/KV，满足最小爬电比距25mm/KV的要求；对地高度为305mm，虽小于最小电气间隙310mm，但采用为高耐压的陶瓷材料（陶瓷体绝缘度可达80KV/cm），能够满足系统要求。
车顶高压电缆与连接座连接，采用将电缆头制作成伞裙结构，以增加爬电距离，沿面爬电距离约800mm，其爬电比距为29.1mm/KV大于最小爬电比距的要求；
相邻车体间采用电缆连接，为了减小车体振动、车辆转弯，对高压电缆反复扭曲、折弯后导致的绝缘疲劳和损伤，将此部分高压电缆预留了一定的活动裕度。经反复计算和验证，最终确定车顶高压线的跨接长度为1.2m。此距离既满足列车过小曲线的要求，又保证线缆与车顶有一定的距离，避免接触摩擦造成绝缘性能下降。此外，与车体相连的电缆采用内椎插拔式接头，该接头可有效减小所需空间，满足电气绝缘的要求。内椎插拔式接头被固定座固定在车顶，接头两端被卡子固定，避免由于电缆的扭转、振动而导致内椎插拔式接头松动、接触不良等问题，满足列车高速运行时的可靠性要求。
3.结束语
车顶高压电气设备布局的优化，是车辆安全运行的保证。本文从电气安全的角度出发，分析了高速综合检测车车顶高压电气设备布局，提出高压电气设备布置准则，高压电气设备间的电气间隙应大于最小电气间隙，具体如下：电压分压器距受电弓≥460mm；供电隔离变压器距受电弓≥410mm；本车电流互感器与高压端≥400mm；受电弓与断路器H2端≥390mm。
参考文献
[1] 汪淑琴，CRH2型动车组车顶用绝缘子的分析，上海铁道科技，2009.4
[2] TB/T1333.1-2002.铁路应用机车车辆电气设备第一部分：一般使用条件和通用规则.
作者简介
张莉，女，工学学士学位，唐山轨道客车有限责任公司，工程师，主要从事高速动车组研发设计工作。参与CRH3C消化吸收、CRH380的车辆电气设计，并多次主持和参与高速动车组专项研究工作。
冀恩祥，男，唐山轨道客车有限责任公司，硕士学位，工程师，主要从事动车组车端的研发、设计工作。
颜平，男，斯比夫（西安）照明技术有限公司，工学学士学位，工程师，主要从事铁路机车、动车组灯具、电气控制的研发、设计工作。
[关键词]高速综合检测车 高压设备 电气安全
中图分类号：TM154.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）14-0282-01
0 引言
伴随着中国铁路跨越式发展，运营速度越来越快，动车组高压设备的安全性问题也随之而来。列车运行中，高压系统一旦出现问题就会造成车毁人亡，因此高压系统的稳定性和安全性直接影响着车辆运行安全。本文结合高速综合检测车现车安装环境，对车顶高压电气设备布局的安全性进行了分析和优化。
1 影响车顶高压设备布局绝缘性能的因素
车顶高压设备位于2/7车，如图1所示，主要包括受电弓、集成主断路器（包括接地开关、主断路器、浪涌保护器、电流互感器）、浪涌保护器（避雷器）、电压互感器、高压连接电缆。高压电气系统从高压接触线路采集25KV电流，为整车提供动力，并对高压系统进行控制、检测和保护。动车正常运行时，受周围环境影响（风尘、导电离子等），使车顶高压设备的绝缘性能造成影响，其中对绝缘性能影响较大的因素如下：
（1）受电弓与接触线间的空气间隙；
（2）受电弓与车体间的空气间隙；
（3）受电弓支撑绝缘套管的沿面闪络；
（4）浪涌保护器、电压互感器、高压连接电缆、绝缘支撑套管等的沿面闪络；
（5）相邻两车间的高压连接线与车体间的绝缘间隙。
2.车顶高电压设备布局分析
动车运行条件，决定了列车空间有限，不能像其他电气系统根据运行环境决定绝缘水平，只能利用增大放电间隙的方式来保护整个高压系统，来达到车顶绝缘配合的要求。
电气间隙的确定，一般基于预期的过电压（过电压类别）和电气工作环境（污染等级）。根据高速列车工作电压和过电压水平，其额定冲击电压为170KV，最小电气间隙为310mm，因此电气设备的高压端与地的电气间隙不应小于310mm。
车顶高电压设备包括：受电弓、电流互感器、集成主断路器、车顶高压电缆及附件（包括接线座、连接头）。下面针对高压设备及其绝缘措施进行详细分析。
2.1 受电弓绝缘状况分析
受电弓与车体间的绝缘主要有支撑绝缘高压套管、空气间隙。
（1）空气隙绝缘性能分析
受电弓与车顶间的最小间隙为310mm，该间隙能够满足系统工频耐受强度要求。
受电弓与车顶间的绝缘靠空气隙，由于受电弓底部的矩形框采用40mm的钢条，宽度较宽，电场分布比较均匀，因此它与车顶间隙可近似等效为“棒-板”电极来处理。根据间隙大小和矩形框钢条宽度，50%冲击耐压为127KV。牵引供电网电压峰值一般为35-40KV，过电压峰值约为87-100KV，因此该间隙能承受冲击电压的要求。
（2）高压套管绝缘性能分析
高压套管上下端间距为355mm，满足气隙不小于310mm的要求，因此高压套管两端的气隙耐压满足要求。对高压套管造成绝缘击穿，主要原因为沿面闪络，该闪络电压比空气隙击穿电压低得多。
从受电弓支撑绝缘子表面爬距约为1005mm。受电弓工作电压的有效值为27.5KV，因此其爬电比距为36.5mm/KV，该值大于最小爬电比距25mm/KV，因此该绝缘子沿面距离能够达到要求。
2.2 电流互感器绝缘状况分析
电流互感器被封闭在一个高压绝缘套管内，工作电压与受电弓相同，高压绝缘套管的参数与受电弓支撑绝缘套管相同，因此，其气隙耐压和沿面闪络耐压值均能满足要求。
2.3 集成主断路器绝缘状况分析
集成主断路器两端口的间距为588mm，大于最小间隙310mm，能夠满足要求。
集成主断路器端口对地的爬电距离为1288mm，爬电比距为46.8mmmm/KV，该爬电比距大于最小爬电比25mm/KV，因此两端口间的沿面闪络距离能够满足系统耐压的要求。
2.4 车顶高压电缆及附件绝缘状况分析
高压电缆接线座爬距约1040mm，爬电比距为37.8mm/KV，满足最小爬电比距25mm/KV的要求；对地高度为305mm，虽小于最小电气间隙310mm，但采用为高耐压的陶瓷材料（陶瓷体绝缘度可达80KV/cm），能够满足系统要求。
车顶高压电缆与连接座连接，采用将电缆头制作成伞裙结构，以增加爬电距离，沿面爬电距离约800mm，其爬电比距为29.1mm/KV大于最小爬电比距的要求；
相邻车体间采用电缆连接，为了减小车体振动、车辆转弯，对高压电缆反复扭曲、折弯后导致的绝缘疲劳和损伤，将此部分高压电缆预留了一定的活动裕度。经反复计算和验证，最终确定车顶高压线的跨接长度为1.2m。此距离既满足列车过小曲线的要求，又保证线缆与车顶有一定的距离，避免接触摩擦造成绝缘性能下降。此外，与车体相连的电缆采用内椎插拔式接头，该接头可有效减小所需空间，满足电气绝缘的要求。内椎插拔式接头被固定座固定在车顶，接头两端被卡子固定，避免由于电缆的扭转、振动而导致内椎插拔式接头松动、接触不良等问题，满足列车高速运行时的可靠性要求。
3.结束语
车顶高压电气设备布局的优化，是车辆安全运行的保证。本文从电气安全的角度出发，分析了高速综合检测车车顶高压电气设备布局，提出高压电气设备布置准则，高压电气设备间的电气间隙应大于最小电气间隙，具体如下：电压分压器距受电弓≥460mm；供电隔离变压器距受电弓≥410mm；本车电流互感器与高压端≥400mm；受电弓与断路器H2端≥390mm。
参考文献
[1] 汪淑琴，CRH2型动车组车顶用绝缘子的分析，上海铁道科技，2009.4
[2] TB/T1333.1-2002.铁路应用机车车辆电气设备第一部分：一般使用条件和通用规则.
作者简介
张莉，女，工学学士学位，唐山轨道客车有限责任公司，工程师，主要从事高速动车组研发设计工作。参与CRH3C消化吸收、CRH380的车辆电气设计，并多次主持和参与高速动车组专项研究工作。
冀恩祥，男，唐山轨道客车有限责任公司，硕士学位，工程师，主要从事动车组车端的研发、设计工作。
颜平，男，斯比夫（西安）照明技术有限公司，工学学士学位，工程师，主要从事铁路机车、动车组灯具、电气控制的研发、设计工作。