任广慧

（铁道部驻大同机车车辆验收室，山西大同037038）

关于和谐型机车车顶防雾闪问题的研究

任广慧

（铁道部驻大同机车车辆验收室，山西大同037038）

针对目前和谐型机车在冬季雾霾天气运用过程中，出现车顶高压设备“雾闪”并造成绝缘降低的现象，从雾霾天气对高压电气设备绝缘的影响、防“雾闪”技术改进等方面进行了分析论述，提出了改进思路。

和谐型机车；防雾闪；高压绝缘

2013年01月我国中东部地区连续出现雾霾天气，北京、天津、石家庄、济南等城市空气质量为6级，属严重污染；郑州、武汉、西安、合肥、南京、沈阳、长春等城市空气质量为五级，属重度污染。连续雾霾天气不仅影响空气质量，更对铁路安全运输构成影响。发生雾霾天气时，空气中含有大量污染物颗粒，颗粒含有多种重金属物质。电力机车在行驶中，飘浮在空中的粉尘颗粒积聚在车顶高压器件上，如图1所示，很容易产生“雾闪”现象，造成车顶高压电气设备放电、接触网短路跳闸或烧网等故障，给铁路电网和行车安全带来诸多不利因素。同时，正值春运高峰时期，雾霾天气限制了航空、公路等运输方式的畅通，大量客流转向铁路，增加了铁路运输压力。

图1 （a）雾霾中行进的和谐型机车（b）雾霾使机车表面污染严重

1 雾霾现象对机车运营的影响

雾霾天气由于湿度很大，水滴里含有一些硫化物、氢化物等附着在绝缘子上，使得绝缘子绝缘性能下降，易发生爬电，导致绝缘子发生＂雾闪＂现象，如图2所示。

雾霾对机车系统的影响基本体现在两个方面：一是雾的影响，即湿度的影响使高压设备外绝缘表面受潮；二是霾的影响，即大气中污秽物使高压设备外绝缘表面污秽度增加，与高湿度环境叠加后，使得机车车顶高压设备绝缘能力降低或造成闪络，影响机车的正常运营。因此，要想减轻雾霾天气对电力系统运行安全的影响，可从提高设备外绝缘在高湿度环境中的防雾闪能力，以及提高设备外绝缘设计的耐污水平两方面入手。

图2 被污染的车顶高压设备

2 应对雾霾天气的机车改进方案

2.1 方案说明

对机车车顶高压设备的布置进行优化设计，即将主断路器、接地开关、避雷器、高压电压互感器、高压隔离开关、25 k V穿墙套管及放电间隙集中布置在一个顶盖上，或将上述高压设备集成布置在车内的网侧柜内。在机车内部安装空间允许的情况下，高压设备移入机械间内，这将会对车内网侧柜的绝缘水平、设备安全操作及整体的可靠性提出较高的要求。在没有充分验证的情况下，高压设备集中布置在车外较为可靠。

布置在端部顶盖的高压设备包括受电弓、受电弓支持绝缘子等，端部顶盖采用局部绝缘顶盖，增加绝缘强度。

对高压设备布置进行优化设计，将高压隔离开关的位置从主断前调整到主断后，如图3所示，这样通过本节车的主断路器进行隔离本节机车的受电弓，在机车运行过程中，被隔离的受电弓处于不带电状态。

图3 高压隔离开关位置的更改

2.2 车顶高压设备防护罩

（1）高压设备防护罩的结构

高压设备的防护罩由下部的防护板和上部的防护盖两部分组成，防护盖上设有观察窗口，方便日常检修时观察防护罩内高压设备的状态。如图4所示。

图4 车顶防护罩

防护板采用螺栓辅以打胶的方式与焊接在车顶上平面的法兰进行连接，防护盖采用弹簧卡和螺栓等部件与防护板进行固定。

（2）防护罩内的高压设备布置

布置在防护罩内的高压设备包括主断路器、接地开关、避雷器、电压互感器、隔离开关及放电间隙等，并且将高压带电、有电位差的导电部分间隙按照污染等级PD4、过电压等级OV4进行设计。安装玻璃钢结构的防护罩后机车满足GB 146.1－83电力机车限界的要求。

通常情况可以通过防护盖上的观察窗进行查看高压设备的状态。若进行检修或更换高压设备，在车顶打开防护盖即可进行检修。

（3）防护罩内部的通风散热

车顶诸多高压电气设备集中布置于防护罩内，考虑到在夏季车顶温度较高，尤其位于防护罩内部的高压电气设备，在完全密封的情况，温升过高导致电气部件不能正常工作或其他隐患，所以防护罩内部设备必须保证良好的通风和散热。在防护罩防护板四周设有与外界的通风窗，在防护罩内部的车顶盖上设置与机械间的通风口，在机械间的通风系统考虑在各种辅助用风工作的情况下，保证机械间和防护罩内部微正压，确保设备正常通风冷却及机车的整体防雨功能，并在防护罩通风窗处设置空气过滤系统，防止外界污物进入防护罩内污染电气设备。

（4）高压线路的连接

为了方便接线及电气部件的绝缘，高压设备防护罩的进出线采用高压电缆的连接形式，防护罩外部电缆终端采用伞裙形式，加强高压接线端子与防护罩之间的爬电距离，增加电气部件之间的安全性，防护罩内部电缆终端不带伞裙，该形式的电缆终端已经在CRH5动车组上被广泛采用，并且采用过线模块使防护罩与高压电缆之间进行密封，防止外界雨水的侵入。

2.3 绝缘顶盖的设计

为了避免雾霾天气引起受电弓支撑绝缘子与车顶钢顶盖间的闪络放电，在安装有受电弓、绝缘子等电气设备的顶盖上采用局部绝缘顶盖增加绝缘强度。绝缘顶盖采用玻璃钢结构，其外形轮廓类似于受电弓俯视图外形，将受电弓整体及绝缘子与机车钢顶盖隔离，绝缘顶盖通过螺栓与胶粘连接覆盖在钢顶盖蒙皮上。设备安装座镶嵌在预埋钢骨架的绝缘复合材料内部。

2.4 主要技术参数

2.4.1 防护罩性能参数

（1）绝缘性能要求

额定工作电压25 k V

最大工作电压31 k V

雷电冲击电压170 k V工频耐受电压75 k V

在上述情况下，高压设备防护罩不应有击穿、变形、内表面烧焦等现象。

（2）机械强度

拉伸强度≥180 MPa

弯曲强度≥200 MPa

2.4.2 绝缘顶盖性能参数

（1）绝缘性能要求

额定工作电压25 k V

最大工作电压31 k V

雷电冲击电压230 k V

工频耐受电压90 k V

（2）机械强度

抗压强度≥220 MPa

抗拉强度≥200 MPa

绝缘顶盖具有较强的抗高温畸变、抗强紫外线、抗辐射、抗老化等性能。

3 结束语

雾霾天气对机车运营的影响较为严重，尤其对于运行在京广线、京沪线、沪宁等线路的和谐型机车更为突出，根据在雾霾天气机车存在的雾闪现象，分别从顶盖设备的集中布置、高压设备布置的优化、防护罩的设计及通风冷却、绝缘顶盖的布置及性能参数等方面进行了综合论述，为解决电力机车在雾霾天气的抗雾闪能力、保障良好的运营能力提供参考。

［1］ 张曙光.HXD2型电力机车［M］.北京：中国铁道出版社，2009.

［2］ 张曙光.HXD3型电力机车［M］.北京：中国铁道出版社，2009.

［3］ 耿志修.大秦铁路重载运输技术［M］.北京：中国铁道出版社，2009.

［4］ 编辑委员会编.电气工程师手册［M］.北京：机械工业出版社，1990.

［5］ IEC 60077－1：1999铁路应用机车车辆电气设备，第1部分：一般使用条件和通用规则［S］.

Research on Roof Anti-fog Flash for HX Locomotives

REN Guanghui
（Locomotive Acceptance Department of Ministry of Railways in Datong Locomotive and Rolling Stock Works，Datong 037038 Shanxi，China）

Aiming at the phenomenon of HV device fog flash and lower insulation during HX locomotive operated in haze weather of winter，this paper makes the technical analysis for haze weather affecting insulation of HV electric device，analyzes the technical modification of anti－fog flash，and also puts forward the design improvement.

HX locomotive；anti-frog flash；high voltage insulation

U264

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.27

1008－7842（2014）04－0117－03

5—）男，高级工程师（

2013－12－31）