津濱輕軌小站臺分段絕緣器“拉弧”現(xiàn)象淺析

王文波，韓 珉

0 引言

城市軌道交通供電系統(tǒng)中，分段絕緣器和絕緣錨段關(guān)節(jié)的作用是保持接觸網(wǎng)機械連接，同時實現(xiàn)電氣隔離，這些設備可以在事故及維護檢修情況下縮小接觸網(wǎng)停電范圍。津濱輕軌供電系統(tǒng)采用的是雙承雙導的柔性簡單鏈形懸掛接觸網(wǎng)，所使用的分段絕緣器有簡單、鏈形以及洗車庫專用分段絕緣器等幾種型號，由德國BB 公司生產(chǎn)。本文重點分析鏈形分段絕緣器。

1 分段絕緣器“拉弧”現(xiàn)象

同其他城市軌道交通一樣，津濱輕軌車輛段內(nèi)也設置“小站臺”，位于車輛段出入段軌道兩側(cè)，便于車輛段內(nèi)上下電客車。在靠近車輛段內(nèi)方向設置“平交道口”以方便人員穿行軌道去往出入段兩側(cè)小站臺。所謂“平交道口”是指鋼軌與道路在同一平面相交，一般是正交。小站臺平交道口附近設置信號機，指揮出入段電客車在平交道口前停車，保護行人安全。

由于小站臺的位置正好位于正線胡家園和車輛段牽引動力混合變電所供電范圍的分界點處，因此，除平交道口以及出入段信號機外，鋼軌絕緣節(jié)、接觸網(wǎng)分段絕緣器以及雜散電流防護系統(tǒng)的單向?qū)ㄑb置都設置在小站臺附近。

出入段的電客車在平交道口的信號機前停車瞭望后，再次啟動通過平交道口的過程中，受電弓滑過分段絕緣器時“拉弧”現(xiàn)象普遍，電客車受電弓經(jīng)過小站臺分段絕緣器的瞬間所產(chǎn)生的“拉弧”現(xiàn)象非常嚴重。

表1 是2008 年4—6 月出段側(cè)小站臺分段絕緣器拉弧統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以看出，受電弓“拉弧”的比例達到89%以上，拉弧現(xiàn)象比較普遍。

分段絕緣器“拉弧”導致其導流板經(jīng)常出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象，需要打磨和更換。該處分段絕緣器自投入運行以來因燒傷而更換導流板5 套，同時，“拉弧”也導致受電弓使用壽命降低。

2 原因分析

在多年持續(xù)觀察的基礎(chǔ)上，分析得出分段絕緣器“拉弧”原因如下：

（1）分段絕緣器兩端存在電壓差。由于分段絕緣器兩端分別由胡家園變電所和車輛段變電所供電，經(jīng)檢測，在正線沒有電客車運行的情況下，分段絕緣器兩端有50 V 的電壓差。如果正線有電客車運行，在電客車啟動、制動以及距離該分段絕緣器的遠近等情況下，分段絕緣器兩端的電壓差分別低于或高于50 V，具體數(shù)值因電客車載客量以及上下行行車密度有所變化，變化范圍0～90 V。

受電弓慢行且取流大的情況下，在距離一端導流板很近時，電壓差引燃電弧，由于兩端弧根固定，又有較大電流支持電弧燃燒；在離開另一端時，電流又通過電弧持續(xù)給受電弓供電，同樣產(chǎn)生較長時間電弧[1]。

由于出段的電客車在小站臺附近信號機前需要停車瞭望，再次啟動后，受電弓大電流取流通過該分段絕緣器與分段絕緣器兩端存在電壓差2 個因素相結(jié)合導致分段絕緣器無法“滅弧”，而出現(xiàn)“拉弧”現(xiàn)象。

（2）安裝工藝問題。分段絕緣器安裝工藝不滿足現(xiàn)場實際情況的后果之一就是分段絕緣器本身成為“硬點”，所謂硬點就是電客車和接觸網(wǎng)壓力發(fā)生突變的點。當電客車的受電弓和接觸網(wǎng)壓力出現(xiàn)突變，將打破電客車受電弓平穩(wěn)的受流狀態(tài)，導致受電弓滑過分段絕緣器時產(chǎn)生“拉弧”現(xiàn)象。通過接觸網(wǎng)動態(tài)檢測車檢測，該處分段絕緣器確實存在“硬點”，如圖1 所示。

圖1 用接觸網(wǎng)檢測車檢測的出段側(cè)分段絕緣器硬點波形圖

分段絕緣器和分相絕緣器是造成接觸網(wǎng)硬點存在的主要因素，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗形成接觸網(wǎng)硬點的主要原因是安裝問題[2]。

該處分段絕緣器的安裝工藝存在2 方面的問題：導流板工作面與鋼軌軌面不平行導致受電弓不能平滑通過；分段絕緣器“負重”。

（3）其他原因。如果分段絕緣器具備足夠的“滅弧”能力，則“拉弧”現(xiàn)象將不會出現(xiàn)。考慮分段絕緣器兩端如果沒有電壓差，則分段絕緣器的“滅弧”能力將會滿足設計要求，因此，分段絕緣器兩端的電壓差和受電弓大電流取流通過是導致分段絕緣器“滅弧”能力不足的前因。

3 解決方案

3.1 克服安裝工藝缺陷

由于分段絕緣器兩端的“電壓差”是與2 個相鄰變電所的供電方式以及正線與車輛段供電負載的變化緊密相關(guān)，通過技術(shù)改造消除分段絕緣器兩端的電壓差在技術(shù)上是可行的，但是綜合考慮“投入—產(chǎn)出比”，從接觸網(wǎng)安全角度考慮避免引入新的故障點，同時考慮分段絕緣器兩端的電壓差需在設計范圍內(nèi)，因此消除分段絕緣器兩端電壓差的意義不明顯。

至于提升分段絕緣器的“滅弧”能力，考慮分段絕緣器“拉弧”現(xiàn)象雖然普遍，但是產(chǎn)生后果是長期累積的過程，短時間內(nèi)不足以危害電客車和津濱輕軌供電系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定，待該分段絕緣器臨近使用壽命時可以考慮更換為“滅弧”能力更強的其他型號分段絕緣器。

綜上所述，調(diào)整分段絕緣器使之更好與鋼軌線路平行和對分段絕緣器上方電纜路徑進行改造2個重點。因此，采用的克服方案如下：

（1）精簡細修，使分段絕緣器符合鋼軌線路的實際情況。

a.通過測量發(fā)現(xiàn)分段絕緣器的工作面高度應比兩側(cè)第1 根吊弦接觸線高度高5～15 mm，順線路方向的中心線應和受電弓中心重合；

b.經(jīng)過測量，由于鋼軌線路處于大半徑曲線段，2 根鋼軌不在同一平面內(nèi)，導流板的工作面與軌面不平行，導流板與主絕緣銜接處過渡不平滑。

（2）對分段絕緣器上方的電纜路徑進行改造。徹底改變分段絕緣器兩端上網(wǎng)電纜的接線方式，將原先分段絕緣器上方的電纜連接位置轉(zhuǎn)移并將分段絕緣器上方的承力裝置更換成輕型材質(zhì)，使分段絕緣器上方的壓力解除，徹底解決分段絕緣器負重的問題，參見圖2。

圖2 分段絕緣器上方電纜改造前后對比示意圖

3.2 效果觀察

對分段絕緣器按照鋼軌線路實際情況進行調(diào)整后，對每天“拉弧”現(xiàn)象比較集中的時間段經(jīng)過1 個月的觀察發(fā)現(xiàn)消除“拉弧”現(xiàn)象效果不明顯。具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)：觀測次數(shù)508 次，其中“拉弧”次數(shù)為450 次，“拉弧”比例仍達88.6%。

而在每天相同時間段，觀測分段絕緣器上方電纜改造后得到的數(shù)據(jù)（表2），可以看出，更改分段絕緣器兩端上網(wǎng)電纜的接線方式，效果較明顯，但是仍然無法徹底根除“拉弧”現(xiàn)象。

表2 改造分段絕緣器上方電纜后“拉弧”現(xiàn)象統(tǒng)計表

3.3 徹底解決“拉弧”措施

（1）受電弓勻速通過分段絕緣器。電客車司機從信號機前再次啟動時，合理調(diào)整操控手法，使受電弓勻速（即受電弓不從分段絕緣器導流板取流）滑過分段絕緣器能杜絕“拉弧”現(xiàn)象，但是勢必會增加司機的操控難度和工作強度，因此該方法實際上是不可行的。

（2）調(diào)整分段絕緣器安裝位置。由于小站臺位置已經(jīng)固定，相應的信號機和鋼軌絕緣節(jié)的位置沒有調(diào)整的可能。由于鋼軌絕緣節(jié)的位置固定，導致分段絕緣器的位置也無法調(diào)整。如果將分段絕緣器的位置調(diào)整到鄰近接觸網(wǎng)支柱附近，就會存在一段線路上電客車從胡家園變電所獲取電能，而向車輛段變電所“回流”或與之相反的情況出現(xiàn)，這也是不允許的。同時，單向?qū)ㄑb置的遷移問題無法避免，所帶來的改造工作量也不能忽視。因此，分段絕緣器實際上不具備調(diào)整安裝位置的可能。

4 結(jié)語

2008—2010 年，津濱輕軌技術(shù)人員相繼對小站臺附近分段絕緣器進行多次檢修、調(diào)整及改造，效果不甚理想，“拉弧”現(xiàn)象至今依然存在，經(jīng)過理論分析和現(xiàn)場實踐證明該問題無法徹底解決或者無法在合理的“投入—產(chǎn)出比”的前提下徹底解決。但是通過對分段絕緣器“拉弧”現(xiàn)象的分析和處理，深入了解小站臺分段絕緣器“拉弧”現(xiàn)象的成因，積累了分段絕緣器安裝調(diào)整的經(jīng)驗，同時也積累了對新建車輛段小站臺選址、分段絕緣器的設計和安裝以及選型的意見如下：

（1）小站臺選址應盡量遠離2 個變電所供電范圍的分界點處。

（2）分段絕緣器盡量設計在鋼軌沒有超高的直線段線路上，以減少安裝及維護人員工作難度。

（3）在出入段處盡量選擇“滅弧”能力強的分段絕緣器。

（4）分段絕緣器上方避免出現(xiàn)負重情況，以免分段絕緣器成為“硬點”。

（5）出入段兩側(cè)分段絕緣器應位置對應，使出入段接觸網(wǎng)停電范圍一致，避免為維護檢修以及事故搶修埋下安全事故隱患。

[1] 王紹普.接觸網(wǎng)菱形分段絕緣器的故障分析與對策[J].鐵道機車車輛.2009，（2）.

[2] 劉杰.分段絕緣器和分相絕緣器安裝存在的問題探討[J].電氣化鐵道，2001，（4）.