车顶避雷器能够限制过电压幅值,为动车组高压电气设备提供重要安全保障。近年来,车顶避雷器炸裂故障时有发生,严重危害高速铁路安全运行。研究车顶避雷器的劣化特性,找出避雷器故障原因,优化避雷器状态评价方法,对于及早发现缺陷避雷器,提高动车组运行可靠性具有重要意义。论文的主要内容如下:对炸裂、缺陷及正常状态的服役避雷器开展试验研究。从外观、电气参数和微观特征多维度研究了避雷器的劣化特性。弹簧定位块、环氧筒和阀片侧面绝缘的放电痕迹表明,劣化避雷器存在内部缺陷。劣化避雷器直流参考电压显著降低的原因为环氧筒和阀片侧面绝缘性能下降。微观形貌和化学元素分析显示,劣化阀片铝电极层发生了氧化,阀片本体存在过电压老化痕迹。开展了 CRH5型动车组电压在线监测,分析了动车组电压波形的时域和频域特征。分别分析了过分相过电压、高次谐波过电压和陡波冲击过电压的特点。监测到的过分相过电压最大幅值为94.5 kV,持续时间0.2 ms。监测到的谐波含量最大值为33.5%,谐波幅值为12.6 kV,频率为1350 Hz（27次谐波）。监测到幅值为138.9 kV的陡波冲击过电压,发现陡波冲击过电压可持续存在。搭建了动车组车顶避雷器荧光光纤温度测量系统,在持续运行电压和操作冲击电压下分别开展阀片温度测试,得到避雷器的阀片温度分布及温度变化规律。建立了动车组车顶避雷器有限元仿真模型,研究了避雷器在典型过电压作用下的温升特性。高幅值冲击过电压是造成车顶避雷器热老化的主要原因。监测到的陡波冲击过电压最大幅值为138.9 kV,在此电压下避雷器电流幅值计算值为75.9 kA,阀片温升计算值为234.9℃。建立了车顶避雷器三维仿真模型,研究了内部缺陷对避雷器电场分布的影响。模拟了弹簧定位块偏移、阀片铝电极层氧化、阀片侧面绝缘层电树枝、环氧筒裂纹及受潮、环氧筒电树枝等不同缺陷,得到了避雷器内部缺陷对电场分布的影响特性。弹簧定位块偏移和环氧筒裂纹受潮是造成避雷器内部放电的主要原因。通过人工缺陷模拟试验、水煮老化试验和电热老化试验,获得了避雷器缺陷的特征量。根据目前的车顶避雷器故障统计情况,对避雷器的检修周期及检修时间做出了优化。提出了适用于车顶避雷器的状态评价方法。在日常维护中,应重点关注避雷器高压端金具是否存在电蚀现象。通过红外测温识别内部受潮严重的避雷器。通过下车测试电气性能,可将避雷器状态分为良好、内部受潮、电树枝缺陷和阀片老化四类。研究结果对动车组车顶避雷器的运维工作具有指导意义。