袁東輝

摘 要：介紹了高壓絕緣檢測(cè)裝置在動(dòng)車組上應(yīng)用的必要性，分析了其原理并給出了試驗(yàn)方法。試驗(yàn)證明，高壓絕緣檢測(cè)裝置對(duì)于檢測(cè)高壓絕緣故障作用明顯。表述了高壓絕緣檢測(cè)裝置原理、高壓絕緣檢測(cè)裝置參數(shù)及功能、高壓絕緣檢測(cè)裝置實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：高壓絕緣檢測(cè)裝置 高壓設(shè)備 檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U266 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0063-02

動(dòng)車組車頂高壓設(shè)備為戶外安裝，要求高壓電氣設(shè)備有足夠的高壓絕緣性能，防止風(fēng)、沙、雨、雪、霧霾等惡劣氣候的侵害及雷電過電壓的襲擊。目前在運(yùn)行的各類型動(dòng)車組上，每年到霧霾天氣由于空氣中污染物增多，附著在高壓設(shè)備上導(dǎo)致絕緣降低，經(jīng)常會(huì)發(fā)生高壓設(shè)備放電故障，影響列車正點(diǎn)運(yùn)行，輕則造成受電弓滑板與接觸網(wǎng)粘接，重則燒斷接觸網(wǎng)，造成大的故障。目前在已在線運(yùn)行的動(dòng)車組上，對(duì)高壓絕緣故障采取的措施基本都是“防”，即在現(xiàn)車上進(jìn)行改造，增加電氣間隙和爬電距離，增加絕緣帽，涂絕緣漆等方式。并縮短高壓設(shè)備日常維護(hù)周期，在高壓絕緣故障預(yù)報(bào)上尚未采取行之有效的方式。

高壓絕緣檢測(cè)裝置可以在受電弓未升起的情況下檢測(cè)車頂高壓電路是否存在絕緣下降，可以在列車出庫(kù)之前進(jìn)行“出庫(kù)檢測(cè)”讓動(dòng)車組在上線運(yùn)行前能做到“心中有數(shù)”，也可以在列車發(fā)生高壓絕緣故障時(shí)執(zhí)行“運(yùn)行檢測(cè)”，快速排除故障點(diǎn)。

1 高壓絕緣檢測(cè)裝置原理

高壓絕緣檢測(cè)裝置是通過模擬手段對(duì)列車高壓系統(tǒng)絕緣狀況進(jìn)行檢測(cè)，因此執(zhí)行高壓絕緣檢測(cè)時(shí)列車不能供給25 kV高壓。故在動(dòng)車組整車設(shè)計(jì)時(shí)需要高壓絕緣檢測(cè)裝置與受電弓之間存在互鎖。只有在未升弓的條件下列車DC110V電源才能供給高壓絕緣檢測(cè)裝置。高壓絕緣檢測(cè)裝置通過閉環(huán)開關(guān)電源檢測(cè)技術(shù)和直流逆變交流技術(shù)有機(jī)結(jié)合將DC110V轉(zhuǎn)化為AC100V 50 Hz正弦交流電輸出到電壓互感器的二次側(cè)，使電壓互感器的一次側(cè)感應(yīng)出25 kV高壓電（電壓互感器變比250∶1），從而模擬車頂存在高壓。逆變電源設(shè)計(jì)時(shí)采用了專用PWM控制器、大功率VMOS器件及高速比較器等。經(jīng)穩(wěn)壓濾波后的直流電，經(jīng)50 Hz信號(hào)發(fā)生器控制電子開關(guān)逆變?yōu)?00 V、50 Hz交流電，并具有頻率微調(diào)和電壓微調(diào)功能。當(dāng)車頂高壓設(shè)備絕緣下降時(shí)，等效阻抗就會(huì)下降，由于高壓絕緣檢測(cè)裝置加到車頂高壓設(shè)備上的電流被限定在一定范圍，所以導(dǎo)致電壓下降，當(dāng)下降到一定程度時(shí)觸發(fā)報(bào)警門限值，這樣通過模擬加載電壓的大小就可以等效出車頂高壓設(shè)備的絕緣狀態(tài)。模擬出的高壓功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于接觸網(wǎng)上的電功率，并且輸出最大功率受到一定的限制。高壓絕緣檢測(cè)裝置安裝在車內(nèi)，當(dāng)觸發(fā)報(bào)警后，裝置的顯示屏?xí)龀鎏崾尽?/p>

高壓絕緣檢測(cè)裝置有兩個(gè)功能可以進(jìn)行選擇，分別為運(yùn)行監(jiān)測(cè)和出庫(kù)檢測(cè)。二者原理相同只是報(bào)警門限值不同。

高壓絕緣檢測(cè)裝置并不能對(duì)整個(gè)高壓電路進(jìn)行檢測(cè)，目前只能檢測(cè)主斷、受電弓和電壓互感器的絕緣狀態(tài)，保證升弓安全。主斷路器后級(jí)通過主斷進(jìn)行安全保護(hù)，同時(shí)設(shè)有線電流互感器和主變壓器電流互感器，動(dòng)車運(yùn)行時(shí)也可實(shí)時(shí)檢測(cè)高壓回路的電流，兩者配合可有效地減低高壓放電和短路的風(fēng)險(xiǎn)。

2 高壓絕緣檢測(cè)裝置參數(shù)及功能

2.1 參數(shù)

額定電壓：DC110 V。

額定功率：<500 W。

輸出電壓：0～100 V±3.5%。

輸出波形：（50±1）Hz正弦波。

輸出容量：<300 VA。

2.2 功能要求

（1）檢測(cè)并顯示車頂高壓設(shè)備的絕緣狀態(tài)。

（2）當(dāng)測(cè)試值低于絕緣報(bào)警門限值時(shí)，高壓絕緣檢測(cè)箱蜂鳴器響，“絕緣檢測(cè)”指示燈常亮。

（3）具備系統(tǒng)自檢功能并且顯示自檢結(jié)果，自檢時(shí)間不大于30 s。

（4）具有輸出短路保護(hù)功能。

（5）自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)壓狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)壓≥5 000 V時(shí)，系統(tǒng)自我保護(hù)，“外網(wǎng)有電”指示燈亮，不進(jìn)入檢測(cè)環(huán)節(jié)。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為測(cè)試高壓絕緣檢測(cè)裝置的功能，進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。人工模擬絕緣下降，然后使用搖表和高壓絕緣檢測(cè)裝置分別對(duì)絕緣進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

3.1 測(cè)試方法

這里的模擬負(fù)載使用硅粉混合物比例配置，打磨絕緣子表面，均勻涂抹于整個(gè)絕緣子。此次搭建的測(cè)試平臺(tái)包含高壓電壓互感器，受電弓及底座絕緣子，考慮涂抹面積較大，故只選了其中2個(gè)絕緣子進(jìn)行涂抹測(cè)試。

3.2 測(cè)試步驟

（1）用硅藻土和Nacl溶液按灰密2 mg/cm2、鹽密0.4 mg/cm2分別涂抹高壓隔離開關(guān)兩個(gè)絕緣子外表面。單獨(dú)用絕緣電阻測(cè)試搖表測(cè)試絕緣子對(duì)地電阻。

（2）使用高壓絕緣檢測(cè)箱進(jìn)行絕緣檢測(cè)，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

（3）測(cè)試完畢后斷開絕緣子與受電弓之間的連線，使用絕緣電阻測(cè)試搖表測(cè)試絕緣子對(duì)地電阻。

（4）重復(fù)（2）（3）步驟再次測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)。

3.3 結(jié)論

（1）從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，高壓絕緣檢測(cè)裝置能檢測(cè)到絕緣阻值下降的情況，并進(jìn)行了有效報(bào)警。如測(cè)試數(shù)據(jù)表中，當(dāng)搖表測(cè)試絕緣阻值小于2 MΩ時(shí)，高壓絕緣檢測(cè)裝置有效報(bào)警。

（2）絕緣搖表測(cè)試原理和高壓絕緣檢測(cè)箱測(cè)試原理不同，因此測(cè)試絕緣子的絕緣阻值有所偏差，但其偏差趨勢(shì)一致。

（3）試驗(yàn)用高壓絕緣檢測(cè)裝置設(shè)置的測(cè)試報(bào)警電壓為15 kV（對(duì)應(yīng)設(shè)置的報(bào)警絕緣阻抗2 MΩ），從測(cè)試數(shù)據(jù)表上可以看出搖表測(cè)試報(bào)警阻抗在1.5～2 MΩ，檢測(cè)裝置報(bào)警顯示阻抗在1.39 MΩ，與設(shè)置的報(bào)警點(diǎn)有所偏差。這個(gè)偏差是因?yàn)楦邏航^緣檢測(cè)箱在測(cè)試過程中所輸出的能量將絕緣子表面的污穢物燃燒，使得實(shí)際阻抗不斷地變化，當(dāng)高壓絕緣檢測(cè)箱檢測(cè)到絕緣阻抗上的穩(wěn)定電壓小于15 kV（絕緣阻抗小于2 MΩ）時(shí)進(jìn)行報(bào)警。階段1到階段3的打火程度依次減弱，打火程度的變化是對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的一個(gè)表現(xiàn)。

（4）該次測(cè)試用的高壓絕緣檢測(cè)箱輸出功率最大只有400 W，因而測(cè)試過程中打火的變化可以表現(xiàn)在幾個(gè)階段，若在實(shí)際應(yīng)用中，25 kV的高壓電能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絕緣檢測(cè)箱，因此該次試驗(yàn)中的打火現(xiàn)象只能作為實(shí)際中的放大表現(xiàn)，可作為理論研究參考。

另一方面，通過在高壓回路掛接高壓電阻，模擬高壓回路阻抗下降后裝置的預(yù)檢測(cè)及顯示報(bào)警情況。確認(rèn)高壓絕緣檢測(cè)裝置對(duì)高壓絕緣下降的測(cè)試效果。

以上可以看出，同一個(gè)高壓絕緣檢測(cè)裝置，改變不同的輸出電流，則測(cè)試拐點(diǎn)會(huì)有所不同，電流越小，拐點(diǎn)處的測(cè)試高壓電阻值越大，則報(bào)警越靈敏；電流越大，拐點(diǎn)處的測(cè)試高壓電阻值越小，則報(bào)警會(huì)遲鈍。

4 結(jié)語

試驗(yàn)證明，高壓絕緣檢測(cè)裝置對(duì)于檢測(cè)動(dòng)車組高壓絕緣下降具有非常明顯的作用。目前在機(jī)車方面高壓絕緣檢測(cè)裝置已普遍應(yīng)用，但是在動(dòng)車組上尚處于摸索試驗(yàn)階段。高壓絕緣檢測(cè)裝置能夠協(xié)助對(duì)動(dòng)車組高壓絕緣故障的早預(yù)防、早處理，對(duì)于接觸網(wǎng)及高壓設(shè)備的保護(hù)具有積極的意義。

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