探析降低接觸網(wǎng)絕緣閃絡(luò)危害的解決方案

熊焱球

（南昌鐵路局福州供電段，福建 福州 350013）

探析降低接觸網(wǎng)絕緣閃絡(luò)危害的解決方案

熊焱球

（南昌鐵路局福州供電段，福建 福州 350013）

文中通過(guò)描述絕緣閃絡(luò)的現(xiàn)狀和危害，深入分析絕緣閃絡(luò)產(chǎn)生的原因，提出了有效降低接觸網(wǎng)絕緣閃絡(luò)的解決方案，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具有很好的指導(dǎo)意義。

接觸網(wǎng)；絕緣；閃絡(luò)；方案

1 引言

高速鐵路以其快速、便捷的特點(diǎn)已成為人民群眾十分重要的交通工具。作為為高速鐵路提供動(dòng)力的供電系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)故障，高速鐵路的運(yùn)行即刻停止，影響十分巨大。2016年，在屬于供電原因造成故障的部分，其中絕緣閃絡(luò)擊穿占到了61%。為此，針對(duì)接觸網(wǎng)絕緣閃絡(luò)這一問(wèn)題，深入分析造成的原因，制定解決的措施，顯得十分必要和緊迫。

2 絕緣閃絡(luò)的現(xiàn)狀和危害

由于高速鐵路采用AT供電方式，絕緣子主要為平斜腕臂棒式絕緣子、AF棒形絕緣子、支持絕緣子、下錨懸式絕緣子等，絕緣設(shè)備比普速鐵路數(shù)量更大，這也增加了絕緣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，按材質(zhì)分主要為瓷絕緣子和復(fù)合絕緣子。在南昌鐵路局福州供電段管轄區(qū)域內(nèi)，每年換下的絕緣子數(shù)量不少，如杭深線近幾年發(fā)生絕緣閃絡(luò)的絕緣子已換下近30個(gè)。一旦發(fā)生絕緣子閃絡(luò)擊穿，一是引起跳閘，每次跳閘至少造成兩趟動(dòng)車限速；二是增加應(yīng)急處置難度，有些絕緣閃絡(luò)能夠自恢復(fù)，跳閘后自行滅弧，但是需要耗費(fèi)維修天窗去查找跳閘點(diǎn)，對(duì)于無(wú)法恢復(fù)的絕緣擊穿，將作為隱性故障點(diǎn)存在，由于外部特征不明顯，查找的時(shí)間將很長(zhǎng)，嚴(yán)重影響動(dòng)車運(yùn)行；三是絕緣表面形成放電通道后，其表面的火花、電弧會(huì)造成絕緣表面的過(guò)熱甚至碳化，最后會(huì)使絕緣強(qiáng)度受到損壞，使用壽命就會(huì)降低，造成擊穿和跳閘。

3 絕緣閃絡(luò)產(chǎn)生的原因和分析

絕緣閃絡(luò)造成的原因很多，受自然環(huán)境的影響較大，發(fā)生地點(diǎn)較為隨機(jī)，除了雷電、動(dòng)物短接等原因，造成閃絡(luò)的因素如下：

3.1 污穢影響和濕度的關(guān)系

等值鹽密（ESDD）和等值灰密(NSDD)是當(dāng)前表征電氣設(shè)備外絕緣污穢程度的關(guān)鍵參數(shù)。等值鹽密指的是外絕緣單位表面積上的等值鹽量，等值灰密是指外絕緣表面單位表面積上附著的非可溶沉積物。當(dāng)ESDD和NSDD越大時(shí)，污穢越來(lái)越嚴(yán)重，絕緣表面發(fā)生閃絡(luò)的可能性就越大，但是這不是絕對(duì)的，它還受到相對(duì)濕度RH的影響。

取實(shí)驗(yàn)條件如下：ESDD為0.1mg/cm2、NSDD為1.5mg/cm2、RH=25%時(shí)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出下圖1的泄露電流波形，由圖形可以看出，當(dāng)絕緣部件的表面比較干凈或者污穢物相對(duì)干燥時(shí)，泄露電流的值是比較小的，絕緣表面也形不成放電通道，顯示的波形整體等同于正弦波，一些變形主要是受諧波干擾引起。

圖1 污穢干燥情況下泄漏電流波形

當(dāng)RH=50%時(shí)，相對(duì)濕度加大，一些在污穢物中的導(dǎo)電物質(zhì)開始溶解，從而泄漏電流逐漸增大。當(dāng)RH=60%時(shí)，從下圖2波形可以看出，由于電弧放電使波峰出現(xiàn)了變化，污穢物的水分含量越來(lái)越大后，一些導(dǎo)電的污穢物不斷溶解，干帶進(jìn)一步減少，泄露電流越來(lái)越大，形成局部的放電通道，出現(xiàn)了局部放電的現(xiàn)象。

圖2 污穢干燥情況下泄漏電流波形

當(dāng)RH=70%時(shí)，IL在波峰處出現(xiàn)劇烈的電弧放電現(xiàn)象，由于隨著污穢等級(jí)的升高，電弧長(zhǎng)度增加（見(jiàn)下圖3）。因此，IL隨著絕緣子表面污穢度和RH的增加而增加，且存在非線性關(guān)系。

圖3 污穢干燥情況下泄漏電流波形

灰密對(duì)泄漏電流幅值的影響，也與相對(duì)濕度有很大關(guān)系。當(dāng)相對(duì)濕度較低小于70%時(shí)，相應(yīng)的泄漏電流大小的變化不大，這時(shí)泄漏電流的大小與灰密的關(guān)聯(lián)度不大；當(dāng)相對(duì)濕度大于70%時(shí)，且相對(duì)濕度一樣時(shí)，一旦灰密越大，其泄漏電流隨之增大，這時(shí)泄漏電流與灰密的關(guān)聯(lián)度越大。

3.2 污穢影響和溫度的關(guān)系

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，溫度范圍在20～35℃時(shí)，雖然絕緣子表面的灰密、鹽密不同，但是外絕緣的泄漏電流大小基本一致，這時(shí)溫度即使變化，其泄漏電流也沒(méi)什么改變，泄漏電流與溫度的關(guān)聯(lián)度不大；溫度開始大于35℃且小于50℃時(shí)，一旦溫度越來(lái)越大，泄漏電流將急劇增大，這時(shí)泄漏電流的大小與溫度的關(guān)聯(lián)度很大。

還此外，外絕緣表面的泄漏電流與溫差有很大關(guān)系。溫差大時(shí)，絕緣子表面容易受潮，從而使一些可溶污穢物溶解形成放電通道，特別是靠近環(huán)境露點(diǎn)溫度時(shí)，更容易出現(xiàn)放電現(xiàn)象，一旦到達(dá)露點(diǎn)溫度，放電現(xiàn)象就特別明顯[1]。

3.3 影響憎水性的因素

對(duì)于硅橡膠絕緣子來(lái)講，憎水性、自潔性是它的優(yōu)點(diǎn)，影響硅橡膠絕緣子憎水性的原因很多，比如霧雨天氣、污穢物的酸堿度及溫度變化情況等。

硅橡膠絕緣子在運(yùn)行過(guò)程中，容易發(fā)生閃絡(luò)的地段主要在濕度較大的靠近河流、田地的地段[2]，還有一些廠礦等污穢較嚴(yán)重的地段，容易發(fā)生閃絡(luò)的時(shí)段往往集中在下半夜，這時(shí)溫差較大，容易形成凝露。

由此可見(jiàn)，當(dāng)溫度低時(shí)，硅橡膠的憎水性會(huì)變差，其表面的干帶會(huì)減少，容易形成可溶性物質(zhì)溶解的條件，一旦導(dǎo)電物質(zhì)溶解，泄露電流便產(chǎn)生，最后容易形成放電通道，從而發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。但這種閃絡(luò)現(xiàn)象是可逆的，一旦溫度回升，硅橡膠的憎水性變好，表面的干帶增加，閃絡(luò)現(xiàn)象會(huì)逐漸消失。

硅橡膠的憎水性還和所處環(huán)境的酸堿度有關(guān)，比如在離海邊近的地區(qū)，當(dāng)相對(duì)濕度大時(shí)，硅橡膠表面附有堿性的污穢物，這是其表面的憎水性也會(huì)更差。

3.4 絕緣材料的工藝和材質(zhì)的影響

一是在工藝方面，絕緣材料的閃絡(luò)電壓與其表面的制作工藝息息相關(guān)，特別是絕緣材料表面的粗糙度、整體輪廓結(jié)構(gòu)很有關(guān)系，如果絕緣釉面光滑沒(méi)有毛刺、破損等問(wèn)題，沿面閃絡(luò)電壓會(huì)提升。二是材質(zhì)方面，材料的親水及憎水基團(tuán)等級(jí)要夠，通過(guò)在絕緣表面涂上半導(dǎo)體涂層也可以加大沿面閃絡(luò)電壓，減輕閃絡(luò)對(duì)絕緣表面的損壞；還有通過(guò)等離子體處理，材料的性能會(huì)發(fā)生改變，也可以增加沿面閃絡(luò)電壓。三是材料的老化也是一個(gè)致命的因素，特別是硅橡膠絕緣子，由于數(shù)年的運(yùn)行，硅橡膠材料容易嚴(yán)重老化，表面粉化、硬化、龜裂現(xiàn)象比較嚴(yán)重，傘裙表面憎水性幾乎喪失。

4 解決絕緣閃絡(luò)的方案

（1）建立外部環(huán)境采集系統(tǒng)。從以上分析看，溫度和濕度是污穢物質(zhì)造成閃絡(luò)的關(guān)鍵因素。一是建立濕度采集系統(tǒng)，首先人工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研管內(nèi)各個(gè)時(shí)段濕度情況，選擇在一些濕度較大地點(diǎn)安裝帶遠(yuǎn)傳功能的濕度采集器，將信號(hào)回傳生產(chǎn)調(diào)度和車間的終端設(shè)備上，當(dāng)濕度超出70%時(shí)發(fā)出提醒信號(hào)，一可以作為發(fā)生絕緣閃絡(luò)可能性的判據(jù)之一，二可以作為開展動(dòng)車或機(jī)車添乘的啟動(dòng)因素，最好安排在夜間添乘，可做到提前預(yù)防，發(fā)現(xiàn)輕微閃絡(luò)現(xiàn)象時(shí)就提前安排天窗進(jìn)行處理；二是由于天氣預(yù)報(bào)的溫度采集點(diǎn)與接觸網(wǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)并不相符，存在很大誤差，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝溫度采集器，當(dāng)溫度超過(guò)35℃時(shí)和溫差較大時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警，能為工區(qū)日常巡視和查找故障提供參考。

（2）細(xì)分污穢等級(jí)。由于當(dāng)前對(duì)污穢區(qū)段的判斷主要局限于沿線污染源、接觸網(wǎng)設(shè)備是否臟污、腐蝕等現(xiàn)象，無(wú)法涉及到一些隱性的污染源，當(dāng)發(fā)現(xiàn)時(shí)設(shè)備隱患已經(jīng)出現(xiàn)，甚至故障也已經(jīng)發(fā)生，需要提前監(jiān)測(cè)設(shè)備周圍環(huán)境的受污染狀況，定期采集設(shè)備自然形成的污穢物，并送實(shí)驗(yàn)室分析，得出鹽密、灰密等關(guān)鍵參數(shù)，從而劃分該區(qū)段的污穢等級(jí)，有針對(duì)性的確定合理的檢修周期和巡視周期，對(duì)于污穢嚴(yán)重的地區(qū)要制定專項(xiàng)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控和清掃維護(hù)要求。

（3）采用必要的安全措施。一是對(duì)于產(chǎn)生嚴(yán)重污閃的設(shè)備，采用以室溫硫化硅橡膠為基本原料的RTV涂料，增加其沿面閃絡(luò)水平和絕緣水平；二是制定復(fù)合絕緣子檢查的專項(xiàng)措施，特別是在沿海地區(qū)、鹽堿地或堿廠附件的復(fù)合絕緣子，要縮短檢修和巡視周期，考慮到溫度和溫差因素、憎水性影響，隧道外盡量不安裝復(fù)合絕緣子；三是對(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣表面存在粉化、龜裂等老化現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)更換，必要時(shí)送檢，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果制定更換方案。

（4）做好材料質(zhì)量的把關(guān)。一是做好材料的上線把關(guān)，特別要做好對(duì)絕緣設(shè)備表面粗糙度的檢查，對(duì)金屬件與絕緣件結(jié)合部不緊密、瓷釉面和硅橡膠傘裙等部位不光滑，還有傘裙有輕微破損的一定要退回廠家，這樣有利于提高絕緣子的閃絡(luò)電壓；二是對(duì)已上線的材料，要建立材料使用跟蹤系統(tǒng)，按廠家、型號(hào)、批次建立材料的安裝位置和運(yùn)行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)隱患就對(duì)同批次的安裝在現(xiàn)場(chǎng)的材料進(jìn)行專項(xiàng)檢查，做到舉一反三，既可以做到杜絕“別人生病我吃藥”的情況出現(xiàn)，也不至于漏排查一些材料。

（5）提高抗雷水平。雷擊環(huán)境下容易對(duì)原本輕微污穢的絕緣設(shè)備造成擊穿，這需要提高設(shè)備的抗雷水平。一是適當(dāng)增加接觸網(wǎng)避雷器的設(shè)置地點(diǎn)，特別是在高架橋等地段的F線上，還有高路基、電纜與架空線的轉(zhuǎn)換處，長(zhǎng)度超過(guò)2000mm的隧道口處等，都可以增設(shè)；二是采用差異化防雷措施，對(duì)高雷區(qū)和重雷區(qū)，應(yīng)采用全線架設(shè)避雷線的方式，對(duì)非高雷區(qū)和重雷區(qū)可采用避雷線或避雷器；三是要定期統(tǒng)計(jì)雷擊狀態(tài)下避雷器動(dòng)作次數(shù)和該區(qū)段的絕緣擊穿情況，不斷積累雷擊信息，建立雷擊分析制度，針對(duì)性制定防雷措施。

（6）開展絕緣狀態(tài)的監(jiān)測(cè)工作。由于鐵路點(diǎn)多線長(zhǎng)，既有線部分地段無(wú)法直接到達(dá)，高鐵只有在線路封鎖后才能到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，提高自動(dòng)監(jiān)測(cè)水平尤為關(guān)鍵，可采用絕緣閃絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[3]，系統(tǒng)的主要組成部分是前端檢測(cè)設(shè)備、中央控制電路、終端顯示設(shè)備、無(wú)線接收裝置等。前端檢測(cè)設(shè)備安裝在支柱上，一旦發(fā)生絕緣閃絡(luò)，相關(guān)電流信息會(huì)通過(guò)無(wú)線裝置傳送，通過(guò)中央控制電路進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)顯示定位信息，生產(chǎn)調(diào)度就可立即安排巡視等應(yīng)急處置工作，提前消除閃絡(luò)隱患。對(duì)于接觸網(wǎng)一個(gè)錨段的絕緣部件較多的現(xiàn)場(chǎng)，可按照通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)充分調(diào)研采用分點(diǎn)布設(shè)的方式，提高絕緣監(jiān)測(cè)的性價(jià)比和實(shí)際效果。

[1]戴罕奇，梅紅偉，周志成，趙晨龍，土黎明，賈志東.絕緣子污層受潮過(guò)程中濕度和溫差的作用[J].高電壓技術(shù).2012.

[2]孫偉忠.溫度、酸堿對(duì)復(fù)合絕緣子憎水性的影響[J].云南電力技術(shù).2016.

[3]黃會(huì)賢，陳新崗，汪能文，袁興旺，古亮，馬志鵬，陳果.輸電線路絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào).2013.

Discussion on Solution to Reduce Damage of Insulation Flashover of Contact Line

XIONG Yan-Qiu
(Fuzhou power supply section of Nanchang Railway Bureau, Fuzhou 350013, Fujian, China)

In this paper, by describing the current situation and harm of insulation fl ashover and deeply analyzing the causes of insulation fl ashover, the solution to reduce the insulation fl ashover of contace line is proposed, it has very good guiding signi fi cance to the scene.

Contace line; Insulation; Flashover; Solution

2017-04-17

熊焱球，男，南昌鐵路局福州供電段，工程師