淺析接觸網(wǎng)菱形分段絕緣器故障原因與對(duì)策

馬 雷，白家琨

0 引言

分段絕緣器是電氣化鐵路接觸網(wǎng)的重要設(shè)備，其主要作用是實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)在電氣上的獨(dú)立分段，以便于檢修停電作業(yè)，因此，分段絕緣器被廣泛用于車站、渡線、存車線、車輛廠、停車庫(kù)等地。但由于分段絕緣器擊穿引發(fā)的接觸網(wǎng)停電故障時(shí)有發(fā)生，因此分段絕緣器擊穿故障是目前接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修管理急需解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)電氣化鐵路安裝的分段絕緣器有很多種，但其中出現(xiàn)最多的是菱形分段絕緣器，本文在分析一起菱形分段絕緣器擊穿事故的基礎(chǔ)上，還對(duì)既有線幾種分段絕緣器進(jìn)行了綜合性能比較，有針對(duì)性地提出一些建議和改造方案，借以提高接觸網(wǎng)供電運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 菱形分段絕緣器擊穿事故案例

1.1 故障經(jīng)過(guò)

2011 年4 月1 日下午，天氣陰雨，某大型編組站接觸網(wǎng)設(shè)備因一次饋線接地跳閘故障（重合失?。?，誘發(fā)該編組站站場(chǎng)間14 架菱形分段絕緣器相繼擊穿，造成接觸網(wǎng)大面積停電，開(kāi)閉所多條饋線跳閘且重合失敗，中斷供電時(shí)間超過(guò)2 h，影響貨車10 列。

1.2 原因分析

（1）陰雨天氣影響，使菱形分段絕緣滑板絕緣強(qiáng)度降低。

（2）編組站站場(chǎng)間菱形分段絕緣器絕緣滑板被受電弓碳滑板磨損并有碳粉附著，絕緣板下堆積碳粉過(guò)多導(dǎo)致絕緣水平下降。

（3）菱形分段絕緣器兩端存在壓差，電力機(jī)車低速運(yùn)行，取流大，當(dāng)受電弓滑板靠近橋式絕緣子端的根部時(shí)易產(chǎn)生持續(xù)燃燒電弧，使絕緣滑板嚴(yán)重?zé)龘p碳化造成絕緣強(qiáng)度下降。

（4）目前，大型樞紐站站場(chǎng)大多采用分束供電方式，當(dāng)開(kāi)閉所某條饋線發(fā)生跳閘，造成永久接地時(shí)，站場(chǎng)間或不同饋線間菱形分段絕緣器較長(zhǎng)時(shí)間處于對(duì)地承壓27.5 kV 的狀態(tài)，易造成絕緣板擊穿引起其他饋線跳閘，其他饋線跳閘后，其供電范圍邊緣的分段絕緣器又面臨承壓較高、時(shí)間較長(zhǎng)的情況，極易形成連鎖反應(yīng)造成大范圍停電的事故。

2 解決對(duì)策及改造方案

2.1 既有線分段絕緣器的性能比較

目前，既有電氣化線路采用如下幾種分段絕緣器，且各具特點(diǎn)，具體如下：

（1）菱形分段絕緣器的特點(diǎn)。a.安裝簡(jiǎn)便，維護(hù)量小；受電弓與其接觸面為閉口結(jié)構(gòu)，對(duì)滑板平行于軌面的要求較低，運(yùn)行安全性較好。b.容易在主絕緣滑道底部吸附滑板粉末形成碳化通道，降低絕緣性能；耐弧能力不好，電氣過(guò)渡處易燒損主絕緣滑板。

（2）德國(guó)Adtranz 分段絕緣器的特點(diǎn)。a.安裝較復(fù)雜，維護(hù)量?。皇茈姽c其接觸面為開(kāi)口結(jié)構(gòu)，單方向?qū)迤叫杏谲壝娴囊筝^高。b.沒(méi)有絕緣滑道，不會(huì)因受電弓磨損降低絕緣性能；過(guò)渡處為全金屬過(guò)渡，抗弧能力強(qiáng)。

（3）法國(guó)吉斯馬分段絕緣器的特點(diǎn)。a.安裝調(diào)整簡(jiǎn)便，維護(hù)量小；適用于單滑板受電弓，雙滑板受電弓易碰后滑板。b.絕緣滑道與導(dǎo)流板空氣絕緣，絕緣性能較好；絕緣滑道與導(dǎo)流板不接觸，抗弧能力較好。

（4）瑞士AF 型分段絕緣器的特點(diǎn)。a.安裝調(diào)整難度大，維護(hù)量大；受電弓與其接觸面為開(kāi)口結(jié)構(gòu)，雙方向?qū)迤叫杏谲壝娴囊蠖几?。b.絕緣滑道與導(dǎo)流板空氣絕緣，絕緣性能較好；絕緣滑道與導(dǎo)流板不接觸，抗弧能力較好。

2.2 既有線菱形分段絕緣器的維護(hù)管理

菱形分段絕緣器在安裝維護(hù)和運(yùn)行安全性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前其在既有線上安裝數(shù)量多、應(yīng)用范圍廣，并且經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，安裝形式滿足各型導(dǎo)線和安裝位置的需要，但主絕緣滑道底部易吸附滑板粉末形成碳化通道而發(fā)生絕緣閃絡(luò)擊穿，因此加強(qiáng)既有線菱形分段絕緣器的運(yùn)行管理勢(shì)在必行。

（1）有針對(duì)性地確定清掃維護(hù)周期。對(duì)不同使用條件下的菱形分段絕緣器，應(yīng)根據(jù)實(shí)際狀況確定不同的清掃維護(hù)周期。維護(hù)周期的確定應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境污染程度、日均弓架次來(lái)確定，及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的絕緣滑道。特別對(duì)碳粉附著較嚴(yán)重的絕緣滑道底部要使用中性清潔劑進(jìn)行有效清掃。

（2）提高菱形分段絕緣器的檢修工藝水平。a.絕緣器的滑道安裝要水平，避免造成受電弓過(guò)渡不平滑而拉弧。b.消弧角安裝位置要正確平整，以利于消除電力機(jī)車通過(guò)時(shí)因分段絕緣器兩端壓差引發(fā)的燃弧。c.吊弦安裝受力要均勻，否則將影響電力機(jī)車受電弓在菱形分段絕緣器處的平穩(wěn)過(guò)渡。

2.3 重點(diǎn)處所菱形分段絕緣器的改造方案

為確保既有線V 停（含大型站場(chǎng)分束停電）作業(yè)區(qū)段人身作業(yè)安全，并減少不同饋線間菱形分段絕緣器絕緣擊穿造成的跳閘停電事故，建議對(duì)既有線重點(diǎn)處所分段絕緣器進(jìn)行改造，方案如下：

（1）對(duì)于不同饋線（含上下行渡線分段）間的菱形分段絕緣器，建議更換為瑞士AF 型分段絕緣器。瑞士AF 型分段絕緣器絕緣滑道與導(dǎo)流板空氣絕緣，絕緣性能較好，且絕緣滑道與導(dǎo)流板不接觸，抗弧能力較好，其余非重點(diǎn)處所可繼續(xù)使用菱形分段絕緣器，工程改造成本不會(huì)過(guò)高，以北京西站為例：北京西站共有菱形分段絕緣器54 架，而處于不同饋線（含上下行渡線）間的菱形分段絕緣器僅有13 架，可以將上述13 處菱形分段絕緣器更換成瑞士AF 型分段絕緣器，改造完成后可有效避免V 停（含站場(chǎng)分束停電）分段絕緣器擊穿造成人身和設(shè)備事故，也可大大降低由于不同饋線間分段絕緣器擊穿造成的接觸網(wǎng)大面積停電故障。

（2）對(duì)于站場(chǎng)內(nèi)日弓架次比較高的分段絕緣器所在處所（如在機(jī)務(wù)段、折返段，經(jīng)常作業(yè)的貨線、專用線，個(gè)別大的運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)及其渡線），建議采用德國(guó)Adtranz 的分段絕緣器，Adtranz 的分段絕緣器沒(méi)有絕緣滑道，不會(huì)因受電弓磨損降低絕緣性能，且過(guò)渡處為全金屬過(guò)渡，抗弧能力強(qiáng)，可有效避免分段絕緣器絕緣板因碳粉堆積導(dǎo)致絕緣水平下降而發(fā)生絕緣擊穿的情況，保證作業(yè)人員的人身安全。

2.4 新建線路分段絕緣器的設(shè)計(jì)建議

站場(chǎng)間設(shè)置過(guò)多的分段絕緣器存在很多弊端，安裝分段絕緣器處所容易形成硬點(diǎn)，影響弓網(wǎng)正常運(yùn)行和取流，甚至引起弓網(wǎng)故障；分段絕緣器絕緣部件檢修清掃周期為3 個(gè)月，大量設(shè)置增加了檢修維護(hù)的工作量，惡劣天氣還易造成分段絕緣器閃絡(luò)擊穿，引起跳閘。因此，新建電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少分段絕緣器的設(shè)置，建議如下：

（1）樞紐站場(chǎng)采用分場(chǎng)供電的方式替代既有線分束停電方式，可大大減少分段絕緣器的數(shù)量。以大型客站北京西站和北京南站為例，北京西站采用分束供電方式，全站設(shè)10 臺(tái)20 道共有分段絕緣器54 架，而北京南站采用分場(chǎng)供電的方式，全站13 臺(tái)24 道，分段絕緣器僅有19 架。由此可見(jiàn)，在滿足使用條件的情況下，應(yīng)采取分上下行和站場(chǎng)設(shè)置電氣分段方式。

（2）站場(chǎng)與站場(chǎng)間的銜接處不宜設(shè)置分段絕緣器，而采用五跨（四跨）絕緣錨段關(guān)節(jié)的形式替代分段絕緣器。如豐西貨運(yùn)樞紐的Ⅱ、Ⅲ場(chǎng)間電氣絕緣原采用分段絕緣器的結(jié)構(gòu)形式，惡劣天氣下，下行（上行）接觸網(wǎng)設(shè)備接地跳閘時(shí)，上下行間接觸網(wǎng)銜接處分段絕緣器易發(fā)生擊穿故障，對(duì)運(yùn)輸造成重大影響。經(jīng)過(guò)設(shè)備改造采用四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)之后，不僅有效改善了弓網(wǎng)關(guān)系，而且大大降低了設(shè)備故障率。

（3）新建電氣化鐵路中應(yīng)盡量采用比較先進(jìn)的新型分段絕緣器。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，分段絕緣器是電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)和施工改造中應(yīng)減少設(shè)置分段絕緣器。既有線重點(diǎn)處所分段絕緣器要給予足夠重視，采取有效對(duì)策和解決方案，確保供電設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

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