淺談鐵路架空電力線路防污腐蝕的措施

陳道琳 陳 林

（1.武漢鐵路局襄陽(yáng)供電段，湖北 襄陽(yáng) 441001；2.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052）

鐵路架空電力線路（自閉或貫通，以下同）沿鐵路線架設(shè)，擔(dān)負(fù)著鐵路行車設(shè)備的重要供電任務(wù)，一旦發(fā)生意外，行車設(shè)備失去電源，列車運(yùn)行相關(guān)指令信號(hào)無(wú)法正確傳遞，容易造成行車組織系統(tǒng)混亂，列車將無(wú)法正常運(yùn)行，鐵路運(yùn)輸計(jì)劃將完全打亂。因此，找出鐵路架空電力線路的安全隱患及其成因，制定對(duì)策，有針對(duì)性地搞好鐵路架空電力線路的安全防護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路架空電力線路的有效安全保護(hù)，對(duì)確保行車設(shè)備供電安全可靠，降低供電事故的發(fā)生概率，避免供電事故對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_，確保列車安全、穩(wěn)定運(yùn)行，不僅關(guān)系到鐵路供電運(yùn)營(yíng)管理單位的經(jīng)濟(jì)效益，還關(guān)系到鐵路運(yùn)輸企業(yè)的整體效益和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康運(yùn)行。

電力線路在大氣中易受水分、化學(xué)氣體和酸類物質(zhì)等作用發(fā)生腐蝕，而鐵路架空電力線路由于鐵路本身及外界因素兩大污染源的共同腐蝕作用，是影響供電安全的一個(gè)重大隱患，本文就鐵路架空電力線路防污腐蝕的措施進(jìn)行初步探討。

1 鐵路架空電力線路污染源的分類

鐵路架空電力線路由于建設(shè)征地原因，一般在鐵路征地紅線范圍內(nèi)（即鐵路線路兩側(cè)距路堤坡腳、路塹坡頂、鐵路橋梁外側(cè)200米范圍內(nèi)，或者鐵路車站及周圍200米范圍內(nèi)，及鐵路隧道上方中心線兩側(cè)各200米范圍內(nèi)）架設(shè)，距離鐵路線路較近，并隨鐵路一起穿越城市、工礦、原野等各種復(fù)雜環(huán)境。周邊空氣中有大量的金屬性及腐蝕性粉塵，在空氣潮濕或小雨時(shí)易結(jié)成塊，且塊包越結(jié)越大，不容易自然脫落，即使下大雨水也難將其沖刷掉。由于粉塵及包塊受潮時(shí)有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，線路絕緣大大降低，造成導(dǎo)體與絕緣體局部放電及導(dǎo)體與連接絕緣子間爬弧，擊穿（閃絡(luò)）絕緣子引起線路接地?zé)龜嗷驘龤щ姎庠O(shè)備。由于鐵路10kV系統(tǒng)是三相不接地系統(tǒng)，因單相線路接地，其它兩相相電壓升高為線電壓，引起同一變電所同一母線的其它10kV跳閘，嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)其它回路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，供電可靠性大大降低。為充分了解和認(rèn)識(shí)鐵路架空電力線路所處環(huán)境污染源的情況，特將鐵路架空電力線路污染源分類如下：

1.1 工礦及化工生產(chǎn)對(duì)架空電力線路的污染

工礦企業(yè)在從事生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，特別是化工、礦山，往往會(huì)向空氣中排放大量含有酸根離子的廢氣和礦物質(zhì)粉塵，這些物質(zhì)在空氣中隨風(fēng)飄浮。當(dāng)電力線路穿越該區(qū)域時(shí)，大量的酸根離子和粉塵就會(huì)附著在電氣設(shè)備表面，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，并影響設(shè)備的抗絕緣強(qiáng)度。經(jīng)調(diào)查分析，此種污染源對(duì)電力線路的污染腐蝕最為嚴(yán)重，占線路腐蝕因素的90%左右。

1.2 鐵路自身對(duì)架空電力線路的污染

由于鐵路架空電力線路隨鐵路架設(shè)，距離線路較近，隨著列車運(yùn)行速度的不斷提高，當(dāng)列車通過(guò)時(shí)，列車高速運(yùn)行震動(dòng)所產(chǎn)生的污染性灰塵，以及直排式客車排放出的污物，在空氣中霧化成團(tuán)狀氣體，隨風(fēng)飄散開(kāi)來(lái)。當(dāng)這部分污染物附著在沿線的架空電力線路上時(shí)，由于pH值呈弱酸性，對(duì)電力設(shè)備產(chǎn)生污染腐蝕作用。這種污染約占線路腐蝕因素的5%－8%左右。

1.3 其他因素產(chǎn)生的污染

當(dāng)空氣濕度較大時(shí)，鋼芯表面水分會(huì)凝聚成水膜，大氣中的O2、CO2及其它氣體如H2S、SO2、CL2等物資溶解于水膜中，形成電解液薄層。電解液薄層與金屬氧化膜發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生孔蝕，在導(dǎo)線內(nèi)部，鋁股與鍍鋅鋼芯接觸層，由于金屬電位差異，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

人類生產(chǎn)生活過(guò)程中產(chǎn)生的其他對(duì)周圍微觀環(huán)境的污染，以及酸雨的頻繁降落，都對(duì)電力設(shè)備產(chǎn)生了一定的腐蝕作用。這種污染約占線路腐蝕因素的2%－5%左右。

綜上所述，鐵路架空電力線路污染源的分類

對(duì)襄陽(yáng)供電段管內(nèi)3污染較嚴(yán)重區(qū)段10kV架空線路近三年的隱患故障統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，在污染嚴(yán)重區(qū)段，因電力線路污染及腐蝕造成的隱患故障日益成為影響鐵路供電安全的一大主要因素。統(tǒng)計(jì)表如下：

襄陽(yáng)供電段重污區(qū)段電力故障統(tǒng)計(jì)表（2011-2013年）

表2

2 污染對(duì)架空電力線路產(chǎn)生的危害

各種污染源對(duì)架空電力線路腐蝕作用的疊加，導(dǎo)致鐵路架空電力線路經(jīng)過(guò)化工、礦山企業(yè)區(qū)域時(shí)腐蝕現(xiàn)象最為嚴(yán)重。

2.1 污染腐蝕對(duì)導(dǎo)線的危害

污染腐蝕對(duì)導(dǎo)線，實(shí)際上是各種污染源粒子對(duì)導(dǎo)線腐蝕電離的過(guò)程。由于偏酸性離子對(duì)導(dǎo)線的電離腐蝕，導(dǎo)致被污染導(dǎo)線硬化、脆弱，張力強(qiáng)度降低，為安全供電埋下隱患。以漢丹線云夢(mèng)－安陸區(qū)段為例，該區(qū)段沿途經(jīng)過(guò)大量化工、鹽化企業(yè)，2007年貫通線大修時(shí)新?lián)Q的LGJ－70導(dǎo)線，在短短運(yùn)行的6年時(shí)間里，已先后發(fā)現(xiàn)4起斷股現(xiàn)象，有2處斷股處于垂弧低點(diǎn)上。經(jīng)檢查，該區(qū)段80%導(dǎo)線外表鋁絞線布滿白色斑紋，線路截面腐蝕嚴(yán)重處達(dá)10%，導(dǎo)線強(qiáng)度減弱,強(qiáng)風(fēng)時(shí)有斷線的可能。

2.2 污染腐蝕對(duì)瓷絕緣子的危害

污染腐蝕對(duì)瓷絕緣子的危害,主要是沉積在絕緣子表面的沉積物，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下被電離，形成導(dǎo)電性薄膜，產(chǎn)生電暈放電，使瓷絕緣子表面溫度不均勻升高，從而導(dǎo)致爆裂。另外，瓷絕緣子表面的沉積物（主要是鹽化污染物）在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，還具有半導(dǎo)體現(xiàn)象，存在一定值的泄漏電流，當(dāng)泄漏電流增大到臨界值時(shí)，高壓電流就急劇增大，造成瞬間短路接地。由于瓷絕緣子爆裂、裂縫產(chǎn)生的單相接地事故具有很大的隱蔽性，這就給鐵路電力維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)、處理此類事故造成了很大的困難。

2.3 污染腐蝕對(duì)金具的危害

污染腐蝕對(duì)電力金具產(chǎn)生的危害非常嚴(yán)重，集中表現(xiàn)在化工企業(yè)區(qū)段。對(duì)于一般電鍍鋅和烤漆的鐵構(gòu)件，一年后銹跡斑斑，兩年后鐵構(gòu)件就開(kāi)始腐蝕，三年后基本上嚴(yán)重腐爛。以漢丹線隔蒲車站為例，該車站區(qū)段電力金具腐蝕極其嚴(yán)重，一般電鍍鋅橫擔(dān)三年后腐蝕得產(chǎn)生變形，站臺(tái)上烤漆配電箱基本上三年就得重新更換，站區(qū)電力線路鋁線接頭經(jīng)常因?yàn)楦g燒斷，給故障處理帶來(lái)了很大的麻煩。

表1

3 電力線路防污腐蝕的措施

鐵路架空電力線路污染腐蝕降低了鐵路供電的安全可靠性，對(duì)鐵路運(yùn)輸產(chǎn)生了干擾。為保證鐵路架空電力線路的設(shè)計(jì)使用壽命，減少鐵路供電管理單位的維護(hù)工作量，可采取以下措施加以改進(jìn)。

3.1 導(dǎo)線防污腐蝕的措施

導(dǎo)線的污染腐蝕，主要因素在于工礦生產(chǎn)的污染。對(duì)于鐵路架空電力線路穿越工礦企業(yè)的區(qū)段，建議采用防污型鋼芯鋁絞線，效果較好。對(duì)于穿越工礦企業(yè)而且線下有樹(shù)木的線路區(qū)段，建議采用絕緣鋼芯鋁絞導(dǎo)線，因?yàn)榻^緣導(dǎo)線本身帶有厚度達(dá)3-4mm的絕緣層，耐壓可達(dá)15kV，加上外層絕緣可起到很好的抗腐蝕作用，雖然造價(jià)偏高，但綜合效益不錯(cuò)。對(duì)于安全系數(shù)特高的電力線路，建議選用鋼芯銅絞線，雖然鋼芯銅絞線比鋼芯鋁絞線造價(jià)要高，但其抗腐蝕性能較強(qiáng)，腐蝕一般僅在其表面產(chǎn)生一層黑色的氧化膜，不影響使用壽命。對(duì)于低壓配電線路，建議使用銅塑導(dǎo)線，既可節(jié)能，又可防污腐蝕，提高了低壓線路運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。

3.2 絕緣子防污腐蝕的措施

污染腐蝕對(duì)絕緣子的破壞，主要應(yīng)采取提高瓷絕緣子的單位泄漏距離，減少絕緣子表面沉積物的措施。傳統(tǒng)方法主要是采取人工定期擦拭，由于維護(hù)工作量大，安全隱患多，已不再適應(yīng)鐵路發(fā)展現(xiàn)狀。建議對(duì)于重污區(qū)段，當(dāng)導(dǎo)線采用鋼芯鋁絞線（或鋼芯銅絞線）時(shí)，絕緣子采用硅膠絕緣子。硅膠絕緣子具有體積小、重量輕、耐污性能好等優(yōu)點(diǎn)，具有高度的抗表面污染力和防止碳化泄漏。合成絕緣子所需的爬距比瓷（或玻璃）絕緣子所需爬距平均減少30%。為適當(dāng)降低工程造價(jià)，當(dāng)導(dǎo)線采用絕緣導(dǎo)線時(shí)，建議采用防污型瓷絕緣子，運(yùn)行效果良好。

3.3 金具防污腐蝕的措施

為增強(qiáng)架空電力線路金具的抗污腐蝕能力，提高線路使用壽命，建議對(duì)所有金具及附件一律采用熱鍍鋅產(chǎn)品，并在投入使用后每隔3年進(jìn)行一次除銹油漆保護(hù)。這種方法簡(jiǎn)單可靠，實(shí)際效果良好。對(duì)于各腐蝕嚴(yán)重站區(qū)低壓配電箱，建議采用不銹鋼外殼，耐腐效果不錯(cuò)。

4 結(jié)束語(yǔ)

漢丹線云夢(mèng)－安陸區(qū)段，2012年前曾因污染腐蝕每年發(fā)生多起供電事故，2013年以來(lái)，相關(guān)供電車間嚴(yán)格按照上述措施對(duì)該區(qū)段進(jìn)行了逐步綜合整治，運(yùn)行兩年來(lái)，尚未發(fā)生一起因線路腐蝕出現(xiàn)的供電事故，雖然運(yùn)行效果還有待在今后的實(shí)踐中進(jìn)一步考驗(yàn)，但其采用的措施和獲得的經(jīng)驗(yàn)，很值得在電力設(shè)計(jì)部門和其他供電設(shè)備管理單位得到進(jìn)一步探討和推廣。

［1］鐵路電力設(shè)備安裝標(biāo)準(zhǔn)[M].3版.北京：中國(guó)鐵道出版社,2002.