车载电压互感器是高速动车组上重要的高压电气设备,实现牵引网电压的监测、电能计量等功能,但近些年沈阳、北京、上海等动车段都相继出现了车载电压互感器运行过程中发生故障,严重时导致接触网馈线断路器跳闸,造成列车停运等严重运行事故。因此,研究车载电压互感器的故障机理对保障高速铁路动车组安全运行具有重要意义。车载电压互感器的故障类型主要有污闪灼伤、异物撞击和绝缘烧毁炸裂,其中,电压互感器炸裂事故为多发事故。车载电压互感器在运行的过程中会遭受升降弓、弓网离线以及过分相等工况引起的过电压冲击,经研究表明动车组过分相过电压对车载电压互感器造成的影响最大。因此,本文主要针对动车组过分相车载电压互感器上的过电压对其发生炸裂故障的影响展开研究,并对其内部结构进行了优化设计。本文首先对动车组过分相车载电压互感器上产生的过电压进行理论分析,指出了过分相不同工况产生过电压的原因,并通过理论计算得出过分相各工况下产生的过电压的幅值与开关操作时的电源相位角有关,且最大约为正常电压的3倍。其次,对车载电压互感器的故障机理进行理论分析,指出过分相过电压容易造成电压互感器一次侧线圈匝间、层间绝缘薄弱处击穿,且因过电压而产生的过电流会在电压互感器内部累积大量的热,导致破损向附近局部区域扩散,使得车载电压互感器的绝缘缺陷加剧,长期、频繁的过压、过流造成绝缘老化,最终导致过电压击穿电压互感器一次侧绝缘而引发车载电压互感器炸裂事故的发生。然后以CRH380B型动车组及其上的车载电压互感器为例,利用MATLAB软件对过分相不同工况下电压互感器上电压、电流的变化情况建模仿真,验证了上述理论分析的正确性。最后,根据研究结果对动车组车载电压互感器的内部结构进行优化设计,采用同时增大车载电压互感器一次侧绕组线径和铁芯截面积的方案,增大车载电压互感器的极限容量,提高其过负荷能力,延长使用寿命,减少车载电压互感器故障的发生,并通过计算、仿真验证了所提出方案的合理性,改进后的车载电压互感器从2018年4月投入运行至今未出现故障,证实了优化方案的可行性。