關(guān)于和諧型機車車頂防霧閃問題的研究

任廣慧

（鐵道部駐大同機車車輛驗收室，山西大同037038）

關(guān)于和諧型機車車頂防霧閃問題的研究

任廣慧

（鐵道部駐大同機車車輛驗收室，山西大同037038）

針對目前和諧型機車在冬季霧霾天氣運用過程中，出現(xiàn)車頂高壓設(shè)備“霧閃”并造成絕緣降低的現(xiàn)象，從霧霾天氣對高壓電氣設(shè)備絕緣的影響、防“霧閃”技術(shù)改進等方面進行了分析論述，提出了改進思路。

和諧型機車；防霧閃；高壓絕緣

2013年01月我國中東部地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)霧霾天氣，北京、天津、石家莊、濟南等城市空氣質(zhì)量為6級，屬嚴(yán)重污染；鄭州、武漢、西安、合肥、南京、沈陽、長春等城市空氣質(zhì)量為五級，屬重度污染。連續(xù)霧霾天氣不僅影響空氣質(zhì)量，更對鐵路安全運輸構(gòu)成影響。發(fā)生霧霾天氣時，空氣中含有大量污染物顆粒，顆粒含有多種重金屬物質(zhì)。電力機車在行駛中，飄浮在空中的粉塵顆粒積聚在車頂高壓器件上，如圖1所示，很容易產(chǎn)生“霧閃”現(xiàn)象，造成車頂高壓電氣設(shè)備放電、接觸網(wǎng)短路跳閘或燒網(wǎng)等故障，給鐵路電網(wǎng)和行車安全帶來諸多不利因素。同時，正值春運高峰時期，霧霾天氣限制了航空、公路等運輸方式的暢通，大量客流轉(zhuǎn)向鐵路，增加了鐵路運輸壓力。

圖1 （a）霧霾中行進的和諧型機車（b）霧霾使機車表面污染嚴(yán)重

1 霧霾現(xiàn)象對機車運營的影響

霧霾天氣由于濕度很大，水滴里含有一些硫化物、氫化物等附著在絕緣子上，使得絕緣子絕緣性能下降，易發(fā)生爬電，導(dǎo)致絕緣子發(fā)生＂霧閃＂現(xiàn)象，如圖2所示。

霧霾對機車系統(tǒng)的影響基本體現(xiàn)在兩個方面：一是霧的影響，即濕度的影響使高壓設(shè)備外絕緣表面受潮；二是霾的影響，即大氣中污穢物使高壓設(shè)備外絕緣表面污穢度增加，與高濕度環(huán)境疊加后，使得機車車頂高壓設(shè)備絕緣能力降低或造成閃絡(luò)，影響機車的正常運營。因此，要想減輕霧霾天氣對電力系統(tǒng)運行安全的影響，可從提高設(shè)備外絕緣在高濕度環(huán)境中的防霧閃能力，以及提高設(shè)備外絕緣設(shè)計的耐污水平兩方面入手。

圖2 被污染的車頂高壓設(shè)備

2 應(yīng)對霧霾天氣的機車改進方案

2.1 方案說明

對機車車頂高壓設(shè)備的布置進行優(yōu)化設(shè)計，即將主斷路器、接地開關(guān)、避雷器、高壓電壓互感器、高壓隔離開關(guān)、25 k V穿墻套管及放電間隙集中布置在一個頂蓋上，或?qū)⑸鲜龈邏涸O(shè)備集成布置在車內(nèi)的網(wǎng)側(cè)柜內(nèi)。在機車內(nèi)部安裝空間允許的情況下，高壓設(shè)備移入機械間內(nèi)，這將會對車內(nèi)網(wǎng)側(cè)柜的絕緣水平、設(shè)備安全操作及整體的可靠性提出較高的要求。在沒有充分驗證的情況下，高壓設(shè)備集中布置在車外較為可靠。

布置在端部頂蓋的高壓設(shè)備包括受電弓、受電弓支持絕緣子等，端部頂蓋采用局部絕緣頂蓋，增加絕緣強度。

對高壓設(shè)備布置進行優(yōu)化設(shè)計，將高壓隔離開關(guān)的位置從主斷前調(diào)整到主斷后，如圖3所示，這樣通過本節(jié)車的主斷路器進行隔離本節(jié)機車的受電弓，在機車運行過程中，被隔離的受電弓處于不帶電狀態(tài)。

圖3 高壓隔離開關(guān)位置的更改

2.2 車頂高壓設(shè)備防護罩

（1）高壓設(shè)備防護罩的結(jié)構(gòu)

高壓設(shè)備的防護罩由下部的防護板和上部的防護蓋兩部分組成，防護蓋上設(shè)有觀察窗口，方便日常檢修時觀察防護罩內(nèi)高壓設(shè)備的狀態(tài)。如圖4所示。

圖4 車頂防護罩

防護板采用螺栓輔以打膠的方式與焊接在車頂上平面的法蘭進行連接，防護蓋采用彈簧卡和螺栓等部件與防護板進行固定。

（2）防護罩內(nèi)的高壓設(shè)備布置

布置在防護罩內(nèi)的高壓設(shè)備包括主斷路器、接地開關(guān)、避雷器、電壓互感器、隔離開關(guān)及放電間隙等，并且將高壓帶電、有電位差的導(dǎo)電部分間隙按照污染等級PD4、過電壓等級OV4進行設(shè)計。安裝玻璃鋼結(jié)構(gòu)的防護罩后機車滿足GB 146.1－83電力機車限界的要求。

通常情況可以通過防護蓋上的觀察窗進行查看高壓設(shè)備的狀態(tài)。若進行檢修或更換高壓設(shè)備，在車頂打開防護蓋即可進行檢修。

（3）防護罩內(nèi)部的通風(fēng)散熱

車頂諸多高壓電氣設(shè)備集中布置于防護罩內(nèi)，考慮到在夏季車頂溫度較高，尤其位于防護罩內(nèi)部的高壓電氣設(shè)備，在完全密封的情況，溫升過高導(dǎo)致電氣部件不能正常工作或其他隱患，所以防護罩內(nèi)部設(shè)備必須保證良好的通風(fēng)和散熱。在防護罩防護板四周設(shè)有與外界的通風(fēng)窗，在防護罩內(nèi)部的車頂蓋上設(shè)置與機械間的通風(fēng)口，在機械間的通風(fēng)系統(tǒng)考慮在各種輔助用風(fēng)工作的情況下，保證機械間和防護罩內(nèi)部微正壓，確保設(shè)備正常通風(fēng)冷卻及機車的整體防雨功能，并在防護罩通風(fēng)窗處設(shè)置空氣過濾系統(tǒng)，防止外界污物進入防護罩內(nèi)污染電氣設(shè)備。

（4）高壓線路的連接

為了方便接線及電氣部件的絕緣，高壓設(shè)備防護罩的進出線采用高壓電纜的連接形式，防護罩外部電纜終端采用傘裙形式，加強高壓接線端子與防護罩之間的爬電距離，增加電氣部件之間的安全性，防護罩內(nèi)部電纜終端不帶傘裙，該形式的電纜終端已經(jīng)在CRH5動車組上被廣泛采用，并且采用過線模塊使防護罩與高壓電纜之間進行密封，防止外界雨水的侵入。

2.3 絕緣頂蓋的設(shè)計

為了避免霧霾天氣引起受電弓支撐絕緣子與車頂鋼頂蓋間的閃絡(luò)放電，在安裝有受電弓、絕緣子等電氣設(shè)備的頂蓋上采用局部絕緣頂蓋增加絕緣強度。絕緣頂蓋采用玻璃鋼結(jié)構(gòu)，其外形輪廓類似于受電弓俯視圖外形，將受電弓整體及絕緣子與機車鋼頂蓋隔離，絕緣頂蓋通過螺栓與膠粘連接覆蓋在鋼頂蓋蒙皮上。設(shè)備安裝座鑲嵌在預(yù)埋鋼骨架的絕緣復(fù)合材料內(nèi)部。

2.4 主要技術(shù)參數(shù)

2.4.1 防護罩性能參數(shù)

（1）絕緣性能要求

額定工作電壓25 k V

最大工作電壓31 k V

雷電沖擊電壓170 k V工頻耐受電壓75 k V

在上述情況下，高壓設(shè)備防護罩不應(yīng)有擊穿、變形、內(nèi)表面燒焦等現(xiàn)象。

（2）機械強度

拉伸強度≥180 MPa

彎曲強度≥200 MPa

2.4.2 絕緣頂蓋性能參數(shù)

（1）絕緣性能要求

額定工作電壓25 k V

最大工作電壓31 k V

雷電沖擊電壓230 k V

工頻耐受電壓90 k V

（2）機械強度

抗壓強度≥220 MPa

抗拉強度≥200 MPa

絕緣頂蓋具有較強的抗高溫畸變、抗強紫外線、抗輻射、抗老化等性能。

3 結(jié)束語

霧霾天氣對機車運營的影響較為嚴(yán)重，尤其對于運行在京廣線、京滬線、滬寧等線路的和諧型機車更為突出，根據(jù)在霧霾天氣機車存在的霧閃現(xiàn)象，分別從頂蓋設(shè)備的集中布置、高壓設(shè)備布置的優(yōu)化、防護罩的設(shè)計及通風(fēng)冷卻、絕緣頂蓋的布置及性能參數(shù)等方面進行了綜合論述，為解決電力機車在霧霾天氣的抗霧閃能力、保障良好的運營能力提供參考。

［1］ 張曙光.HXD2型電力機車［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［2］ 張曙光.HXD3型電力機車［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［3］ 耿志修.大秦鐵路重載運輸技術(shù)［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［4］ 編輯委員會編.電氣工程師手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1990.

［5］ IEC 60077－1：1999鐵路應(yīng)用機車車輛電氣設(shè)備，第1部分：一般使用條件和通用規(guī)則［S］.

Research on Roof Anti-fog Flash for HX Locomotives

REN Guanghui
（Locomotive Acceptance Department of Ministry of Railways in Datong Locomotive and Rolling Stock Works，Datong 037038 Shanxi，China）

Aiming at the phenomenon of HV device fog flash and lower insulation during HX locomotive operated in haze weather of winter，this paper makes the technical analysis for haze weather affecting insulation of HV electric device，analyzes the technical modification of anti－fog flash，and also puts forward the design improvement.

HX locomotive；anti-frog flash；high voltage insulation

U264

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.27

1008－7842（2014）04－0117－03

5—）男，高級工程師（

2013－12－31）