El sistema de suministro de energía de tracción de una Unidad Múltiple Eléctrica (EMU) a menudo sufre el impacto de sobretensión. Como un dispositivo de protección importante para el equipo eléctrico a bordo, el entorno de trabajo de un pararrayos de techo es peor que el de un sistema de energía. En los últimos años, la falla por explosión de los pararrayos de techo de una EMU ha ocurrido de vez en cuando, lo que pone en peligro seriamente la operación segura de los ferrocarriles de alta velocidad. En este documento, se llevan a cabo pruebas de rendimiento eléctrico y pruebas microscópicas de material del pararrayos de techo en tres estados: normal, defectuoso y explotado, con el fin de estudiar las causas internas de la explosión del pararrayos de techo y aclarar su mecanismo de deterioro. Mediante la prueba de voltaje de referencia de CC y la prueba de corriente de fuga, se obtienen las diferencias de rendimiento eléctrico de los pararrayos normales, defectuosos y explotados. Al estudiar el desmontaje de un pararrayos, se obtienen las características de apariencia del varistor del pararrayos en tres estados. La morfología microscópica y los elementos químicos del varistor son analizados por Microscopio Electrónico de Barrido y Espectrómetro de Dispersión de Energía. Luego se revela el mecanismo de deterioro del varistor del pararrayos, y se proponen medidas preventivas para la falla por explosión del pararrayos de techo. Los resultados obtenidos muestran que, durante la operación a largo plazo del pararrayos de techo de una EMU, el varistor puede estar húmedo, y por lo tanto la capa de electrodo de aluminio y la capa de aislamiento lateral del varistor pueden deteriorarse. Después del deterioro de la capa de electrodo de aluminio, aumenta el contenido del elemento O, y se forman múltiples estructuras de película en la superficie. Después del deterioro de la capa de aislamiento lateral, aumenta el contenido del elemento O, y la superficie se vuelve irregular. Mejorar los requisitos de rendimiento de sellado del pararrayos de techo y optimizar el proceso de mantenimiento puede reducir su falla por explosión.