HX_D2型电力机车作为新一代大功率交直交传动电力机车,具有牵引功率大、安全性高、维护和运营成本低、受环境影响小等特点,广泛应用于我国铁路重载货运线路。然而,现场运营数据表明,机车由于过电压导致的避雷器炸裂、主断路器无法动作、空气保护间隙击穿等故障屡有发生,严重威胁机车运行安全、影响正常的行车秩序。一方面,电力机车弓头及高压引线上过电压可能导致绝缘子闪络,造成列车停车；另一方面,车体上的过电压不仅威胁列车车载弱电设备的绝缘寿命,而且可能对机车轴承箱的绝缘造成破坏,威胁列车运行安全。因此,各路局特别是站段一线对过电压治理有着迫切需求,所暴露出的问题也亟待解决。本文基于HX_D2型电力机车,考虑“牵引变电所—接触网—电力机车”系统,对机车操作过电压的产生机理进行了深入的分析,解释了高频电压在车顶高压引线中的折反射形成过电压的机理,阐明了机车电缆过电压耦合到车体上的传播过程。利用OrCAD/PSpice电路仿真分析软件,建立了“车—网—所“系统分布参数下的机车升降弓、断路器动作过电压仿真分析模型,通过仿真分析研究了车顶高压设备及机车车体上操作过电压的幅值大小,振荡周期及持续时间等规律,分析了车顶高压电缆末端折反射情况。受电弓弓头上过电压幅值最大可达90.013kV,振荡周期为3-4ms,振荡周期约为2.5个工频周期；高压引线末端过电压最大可达103.71kV,为工频幅值的2.5倍,振荡周期约为10μS左右,振荡时间为50ms；车体上浪涌电压最大为8.005kV。通过现场实验,对机车静态操作瞬间车体上浪涌电压进行了测试,验证了仿真模型。探明了接触网网压相位、高压引线长度、电压互感器励磁电感对机车操作过电压的影响规律,从电力机车主动防御的角度出发,提出了安装滤波电路、合理设计绝缘配合、优化设备参数来抑制电力机车操作过电压的措施。