电力机车避雷器运用利弊研究

目前，我国电气化铁道牵引电力机车过电压保护装置有三种形式，一种是在主变压器的网侧装110mm棒一棒放电间隙，如运用中的551、553型电力机车，另一种是瓷外套无间隙氧化锌避雷器.第三种是当前新型的复合外套无间隙金属氧化物避雷器。

1棒一棒放电间隙避雷器

放电间隙避雷器，安装在机车顶部主断路器的瓷套外，垂直设置，由两根园钢组成。当作用在机车上的大气过电压超过间隙放电，间隙击穿，从而使机车主变和高压侧受到保护，由于放电间隙没有熄弧能力，此时若产生操作过电压，如接触网断路器的切、合空载线路，机车升降弓，主断路器的断、合都是经常发生的，它将导致棒间烧损、烧熔以及由此引发机车接地故障。此放电间隙属极不均匀电场，伏秒特性陡峭，放电时将产生截流，对机车主变高压绕组首端匝绝缘十分有害，易使绝缘击穿损坏。

机车顶部的nomm棒一一棒放电间隙，实际上是始终随机车运行的并联于接触网上移动的空气间隙，它不能满足与接触网的绝缘配合，按照输电线路间隙计算，对于27.skV牵引系统来说只能满足工作电压下对间隙的要求，不能满足大气过电压和操作过电压的要求，根据电力牵引接触网安全规程要求，接触网中的最小空气间隙值不得小于300mm，在困难情况下，在低净空隧道内，最小空气间隙也不应小于240mm，综上所述，放电间隙避雷器属于淘汰设备。

2瓷外套无间隙氧化锌避雷器(以下简称MOA)

此类避雷器氧化锌电阻片有着优异地非线性伏安特性，在额定电压下通过氧化锌阀片的电流很小(微安级)，既无续流。由于MOA可以是无间隙的，而MOA端电压变化不大(既线压变化不大)，故保护性能稳定。其次MOA通流容量大，因此，瓷外套无间隙氧化锌避雷器比旧式避雷器有一定优点，但也存在一定弊端，其原因如下:

(l)体积大，重量重(约45kg)，机车顶部钢板厚3mm，机车运行中振动大，速度高，制动加速度很大，不仅维修安装不方便，还限制行车速度不得大于129km/h，不能满足准高速180km/h运行要求;

(2)MOA限制在海拔2000m以下地区适用，对山区或高原地区不能适用，瓷外套材料其表面具有亲水性，所以瓷绝缘子耐污性能不好;

(3)MOA内部空腔采用气体绝缘(六氟化硫或氮气)，由于电力机车运行中振动大，外部环境温度、湿度、气压变化范围大，引起气体的呼吸作用，使空气中的潮气侵人避雷器内部严重影响氧化锌电阻片的寿命，还会造成阀片的侧闪，甚至发生爆破;

(4)MOA不仅运输和安装中易损坏，在过电压作用下，压力释放时，容易造成粉碎性爆破，仅1996年上半年我局发生该类避雷器爆破八起，调查分析结论是:MOA采用氧化锌电阻片是可取的，但其外绝缘结构及选材不能满足电力机车运行使用条件，必须进一步研究加以改进。

3复合外套无间隙金属氧化物避雷器

3.1避雷器的结构

复合外套氧化锌避雷器主要由硅橡胶伞形外罩与内衬支撑筒固接构成的有机复合外套和氧化锌电阻片芯体及动态紧固防展盘座组成，根据避雷器电性能技术要求，氧化锌阀片采用中56x15mm饼状阀片组成，绝缘外套由机械强度好，作为承载机械载荷和支撑的FRP绝缘筒外粘接硅橡胶整体伞套组成，两端连接金具并灌胶密封，两端连接结构及密封结构经多次试验，确定了避雷器的结构及生产工艺。目前国内新型产品YHIOWT一42/105电力机车复合外套无间隙金属氧化物避雷器(简称CMOA)，通过两年来的装车试验完全符合要求，该技术性能符合GBll032，《交流无间隙金属氧化物避雷器》标准，满足TB1333《机车电器基本技术条件》的规定。

3.2主要技术特性

(l)体积小，重量轻、不易破碎，复合避雷器的绝缘外套由硅橡胶和环氧玻璃丝材料制成，总重量14kg，全高度55Omm，便于机车顶部安装，有利牵引高速化；

(2)绝缘性能好，外套爬电距离大于1000mm，适合海拔3500m以内即全国铁路各地区环境条件;

(3)机械强度高，抗展性能好，适用于高速电力牵引要求、根据国家标准GBll032规定，硅橡胶复合外套避雷器满足最大风速35m/s，最大允许水平拉力和电力机车运行速度200km/h合成抗弯负荷要求;

(4)全密封固体绝缘结构，内部无空腔，基本上消除了因气体呼吸作用潮气侵人的隐患，提高避雷器电性能稳定性和使用寿命;

(5)有机复合外套安全防爆，从根本上消除爆炸的危险，保证人身和设备的安全;

(6)硅橡胶伞套表面具有僧水性，因此大大提高其耐污秽性能;新型复合外套氧化锌避雷器，经过两年装车运用，性能良好，运行安全可靠，全密封固体绝缘结构填补国内空白，路内领先，目前郑州、兰州局已全面开始使用，它将作为高速电力机车专用避雷器的理想产品。