动车组电气设备绝缘老化的检测方法及寿命预测研究

一、引言

在交通强国战略引领下，我国高铁事业实现跨越式发展，动车组作为轨道运输的核心装备，其安全运行至关重要。电气设备绝缘老化直接影响动车组可靠性，随着运营里程增加，绝缘劣化引发的短路、漏电等故障隐患加剧。因此，深化绝缘老化检测与寿命预测研究，是提升动车组运维水平、推动轨道交通高质量发展的必然要求。

二、动车组电气设备绝缘老化的原因分析

（一）热应力的影响

动车组运行中，电气设备如牵引变压器、变流器等长期高负荷工作，电流通过导体产生的热量使绝缘材料持续处于高温环境，导致分子结构改变，机械与电气性能下降。同时，散热系统故障或设计缺陷（如冷却风道堵塞、散热风扇损坏）会造成热量积聚，进一步加剧绝缘材料热老化进程。

（二）电应力的作用

动车组运行中，雷击、开关操作或设备故障等引发的过电压冲击，以高幅值、短历时的特性在绝缘材料内部诱发局部放电，破坏分子结构并形成导电通道，致使绝缘性能下降。而正常运行时长期电场作用会加剧绝缘材料极化与电导，增大介质损耗并产生热量，进一步加速老化进程。

（三）机械应力的影响

动车组运行中，通过道岔、桥梁或加减速时产生的振动与冲击，会使电气设备绝缘材料受机械力作用而疲劳损伤，导致绝缘层开裂、剥落。同时，设备运行中温度变化引起的热胀冷缩，会削弱绝缘材料与导体间的粘结力，形成缝隙后易使水分、杂质侵入，加速绝缘老化。

（四）环境因素的影响

潮湿环境中，绝缘材料易吸收水分，导致绝缘电阻下降、介质损耗增大，还可能引发电化学腐蚀破坏结构；动车组运行时，灰尘、油污、化学气体等污秽物质附着绝缘材料表面形成导电层，降低表面电阻并引发沿面放电，加速绝缘老化。

三、动车组电气设备绝缘老化的检测方法

（一）介电响应法

介电响应法是依托绝缘材料在电场作用下介电特性的变化来检测老化程度的技术。该方法通过测量电容、电导、介电损耗等参数，分析其随频率和时间的变化规律，从而判断绝缘材料的老化状态——当材料老化时，内部极化机制改变，介电参数也随之变化。其优势在于可实现无损检测、检测效率高，能反映绝缘材料的整体状态，还可在动车组运行中开展在线检测，及时发现老化问题。但该方法受环境温度、湿度影响较大，需对测试数据进行温湿度校正，且对复杂结构电气设备的测试结果分析解释难度较高，这就要求在实际应用中贯彻“因地制宜”的原则，优化检测方案。

（二）局部放电检测法

局部放电检测法的核心原理，是通过捕捉绝缘材料在电场作用下因老化或缺陷引发的局部放电信号，来判断绝缘状态。当绝缘材料出现劣化或内部缺陷时，会产生放电脉冲，通过检测其幅值、频率、相位等参数，可精准定位老化位置与程度。目前常用的检测技术包括脉冲电流法（通过放电脉冲电流测量）、超声波检测法（利用放电产生的声波信号）和超高频检测法（捕捉放电电磁波）。该方法适用于变压器、开关柜等高压电气设备的绝缘检测，在动车组检修中，可对牵引变流器、高压电缆等关键设备开展检测，提前识别潜在绝缘隐患，切实将“安全第一、预防为主、综合治理”的方针落到设备运维实处。

（三）油中溶解气体分析法

对于牵引变压器等采用油绝缘的电气设备，绝缘材料在热、电、机械应力作用下老化分解时，会产生氢气、甲烷、乙烷等气体溶解于绝缘油中。通过气相色谱法（分离气体检测含量）、红外光谱法（利用气体对红外光的吸收特性）分析油中溶解气体的成分与含量，可精准判断绝缘老化程度及故障类型——不同老化原因对应独特的气体组分特征。在动车组运维实践中，定期对牵引变压器进行油中溶解气体分析，能及时发现潜伏性绝缘故障，为设备检修提供科学依据，这正是贯彻“隐患就是事故”理念、筑牢轨道交通安全防线的重要技术手段。

四、动车组电气设备绝缘寿命预测方法

（一）基于老化模型的寿命预测

常见的老化模型涵盖热老化、电老化、机械老化等类型，其中热老化模型多基于阿伦尼乌斯方程，阐释温度与老化速率的关联，电老化模型考量电场强度和电压作用时间，机械老化模型则聚焦机械应力的影响。通过分析设备运行与试验数据建立模型，输入温度、电压等实时参数可预测绝缘剩余寿命，但该方法依赖大量准确数据支撑。

（二）人工智能算法在寿命预测中的应用

神经网络算法借助多层感知器、递归网络等模型，通过学习大量绝缘老化数据构建预测模型，输入运行参数即可输出剩余寿命预测值；支持向量机则通过划分绝缘状态类别（如正常、老化等）建立分类模型，实现寿命预测。这类算法虽具备处理非线性关系、预测精度高的优势，但存在数据依赖强、模型解释性差等挑战，实际应用中需秉持“科技赋能 + 专业支撑”原则，推动智能预测与工程实践深度融合。

五、结语

精准检测动车组电气设备绝缘老化状态并科学预测寿命，是保障行车安全的关键环节。当前，介电响应检测、局部放电监测、油中溶解气体分析等技术，以及基于老化模型与人工智能算法的预测方法，已在设备运维中发挥重要作用，为践行“安全第一、预防为主”的理念提供了技术支撑。

参考文献：

[1] 吴广宁 , 高仕斌 , 胡灿 , 等 . 高压电气设备状态检测与评估的关键技术及应用 [Z]. 西南交通大学 . 2010.

[2] 李飞霏 . 动车组高压电缆绝缘老化过程分析及状态评估 [D]. 四川 :西南交通大学 ,2022.