CN112951530A

CN112951530A - 一种电力机车及动车组用带间隙耐老化复合型避雷器

Info

Publication number: CN112951530A
Application number: CN202110333499.8A
Authority: CN
Inventors: 田付强; 陈竞溢
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-06-11

Abstract

本发明公开一种电力机车及动车组用带间隙耐老化复合型避雷器，其包括主体氧化锌避雷器单元、限流电阻单元和间隙单元；主体氧化锌阀片单元采用一般车顶所用避雷器的氧化锌电阻片；限流电阻片为限流电阻单元主要部分，限流电阻片可用线性电阻、碳化硅电阻片或氧化锌电阻片，直流1mA下其阻值约为整个避雷器阻值的10％～40％；间隙单元结构为板对板间隙结构，动作电压值可通过调节间隙距离改变，优选地，采用真空包作为间隙绝缘。本发明中间隙单元作用是降低主体氧化锌单元的残压，限流电阻单元作用是限制出现暂时过电压时主体氧化锌避雷器阀片单元上流过的电流以及降低间隙动作时产生的截波电压，从而提高电力机车及动车组车顶避雷器的耐老化能力。

Description

一种电力机车及动车组用带间隙耐老化复合型避雷器

所属技术领域

本发明涉及一种适用于有短时操作过电压和长时谐振过电压及工频过电压等复杂工况的复合型避雷器，尤其适用于铁路电力机车及动车组高压电气过电压保护。

背景技术

避雷器是重要的过电压保护设备，广泛应用于电力系统中各高压电气设备的过电压保护，它的作用是防止雷电过电压和多种操作过电压对设备带来损害。车顶避雷器是将避雷器应用于电气化铁道的电力机车上，一般安装在电力机车顶部，用于机车的过电压保护。

目前铁路机车在段使用的避雷器多为无间隙氧化锌避雷器，氧化物避雷器具有很多明显的优点，如对陡波响应速度快、抗污秽能力强、良好的密封和防爆性能等。对于铁路运行的机车来说，对陡坡响应速度快使得避雷器可以在极短时间内把过电压限制下来，能及时对机车起到保护作用；抗污秽能力强的特性使得即使车顶避雷器的工作环境污染大，也不易受污；良好的密封和防爆性能特性使得车顶避雷器发生内部受潮概率大大降低，并且极大减小了内部故障导致的爆炸事故。

但目前车顶避雷器在段却发生了多起不同程度的事故，通过分析多起事故发生原因发现，大部分事故发生的根本原因在于接触网谐振过电压。电力机车及动车组的电气回路中存在电阻、电感、电容元器件，当回路中的固有频率与电源频率相同，将产生谐振过电压。由于机车运行过程中，回路参数处于变化状态，谐振过电压产生的概率很高。谐振过电压幅值较高、持续时间较长，会造成避雷器泄漏电流增加，使得避雷器内部产生大量热量，超过其耐热极限而发生热崩溃故障。解决谐振过电压对车顶避雷器带来的损害，是当前需要解决的技术难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力机车及动车组用带间隙耐老化复合型避雷器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力机车及动车组用带间隙耐老化避雷器，包括主体氧化锌阀片单元、限流电阻单元与间隙单元；所述主体氧化锌阀片单元与限流电阻单元直接相连；所述间隙单元并接于限流电阻单元两端。

所述主体氧化锌阀片单元采用一般车顶所用避雷器的氧化锌电阻片；所述限流电阻单元中限流电阻片为该单元中的主要部分，限流电阻单元可采用线性电阻、碳化硅电阻片或氧化锌电阻片，直流1mA参考电流下电阻阻值为整个避雷器阻值的10％～40％左右。

所述间隙单元结构为板对板间隙结构以形成均匀电场，从而提高过电压响应特性，动作电压值可通过调节间隙距离改变。优选的，复合型避雷器上电压为80～90kV左右时间隙单元动作，间隙距离为0.6cm～1.5cm。为减小间隙尺寸和提高动作电压稳定性，可将间隙做成真空包包裹，此时间隙距离可以进一步减小。

所述间隙单元的作用在于降低主体氧化锌单元的残压；所述限流电阻单元的作用在于限制出现谐振过电压、工频过电压等暂时过电压时主体氧化锌避雷器阀片单元上流过的电流以及降低间隙动作时产生的截波电压；所述的主体氧化锌避雷器阀片的作用在于在超过一定幅值的过电压作用下动作，限制系统过电压幅值，保护与其并联的设备的绝缘。

附图说明

图1是本申请的带间隙耐老化复合型避雷器内部原理图。

图2是本申请的带间隙耐老化复合型避雷器车顶安装方式示意图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

参见图1，该发明带间隙避雷器由主体氧化锌阀片单元、限流电阻单元和间隙单元组成，正常电压及暂时过电压下间隙不导通，由主体氧化锌阀片单元和限流电阻单元承受网压。

具体实施方式1：所述主体氧化锌阀片单元采用一般车顶所用避雷器中的氧化锌电阻片；所述限流电阻单元中的限流电阻片采用与所述主体氧化锌阀片单元相同的氧化锌电阻片，于是电阻时刻与主体氧化锌阀片单元电阻同比例变化；考虑到间隙动作会带来截波，限流电阻阻值不能过大，因而取限流电阻阻值为整个避雷器的10％～40％左右，通过计算，截波电压在可接受范围内。根据电力机车及动车组过电压防护要求，设计当复合型避雷器上电压为80～90kV左右时间隙单元动作。并联间隙设计为板对板间隙，根据均匀电场空间间隙击穿电压经验公式

算得在空气间隙工频击穿电压约为20～60kV时，间隙距离约为0.6～1.5cm。通过计算并综合考虑相关标准及运行工况要求，氧化锌电阻片的1mA直流参考电压取62kV，阻性电流1mA下工频参考电压取40kV。

具体实施方式2：所述主体氧化锌阀片单元采用一般车顶所用避雷器中的氧化锌电阻片；所述限流电阻单元中的限流电阻片采用线性电阻；考虑到间隙动作会带来截波，限流电阻阻值不能过大；氧化锌电阻片阻值会随其两端电压变化而变化，而线性电阻的阻值基本保持不变，因而取1mA直流参考电压下限流电阻阻值为整个避雷器的10％～40％左右，即线性电阻阻值为10～40MΩ左右，通过计算，截波电压在可接受范围内。根据电力机车及动车组过电压防护要求，设计当复合型避雷器上电压为80～90kV左右时间隙单元动作。并联间隙设计为板对板间隙，根据均匀电场空间间隙击穿电压经验公式

参见图2，安装位置一般为动车组车顶受电弓的右后方，用于保护列车以及后段的电气系统防止过压通过接触网进入列车。具体安装的时候主体氧化锌阀片单元仍按原来的方式安装；由于车顶高度受限，并考虑到间隙单元直立放置更易受机车运行带来的影响，间隙单元与限流电阻单元安装应横卧于车顶。此外，为解决间隙单元的稳定性问题，将间隙单元做成真空包包裹。

以上所述仅为本发明较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，都应属本发明涵盖范围。

Claims

1.一种电力机车及动车组用带间隙耐老化复合型避雷器，其特征是，内部结构由主体氧化锌阀片单元、限流电阻单元和间隙单元三部分组成。

2.根据权利要求1所述的带间隙耐老化复合型避雷器，其特征是，主体氧化锌阀片单元采用一般车顶所用避雷器的氧化锌电阻片。

3.根据权利要求1所述的带间隙耐老化复合型避雷器，其特征是，限流电阻单元可采用线性电阻、碳化硅电阻片或氧化锌电阻片，直流1mA参考电流下电阻阻值为整个避雷器阻值的10％～40％左右，其中氧化锌电阻片为限流电阻片最佳选择。

4.根据权利要求1所述的带间隙耐老化复合型避雷器，其特征是，间隙单元结构为板对板间隙结构，动作电压值可通过调节间隙距离改变。

5.根据权利要求1所述的带间隙耐老化复合型避雷器，其特征是，优选地，复合型避雷器上电压为80～90kV左右时间隙单元动作，间隙距离为0.6cm～1.5cm。

6.根据权利要求1所述的带间隙耐老化复合型避雷器，其特征是，为减小间隙尺寸和提高动作电压稳定性，可将间隙做成真空包包裹。