動(dòng)車組復(fù)合絕緣子不同運(yùn)行里程性能分析和建議

溫州益坤電氣有限公司 吳友強(qiáng)

動(dòng)車組復(fù)合絕緣子不同運(yùn)行里程性能分析和建議

溫州益坤電氣有限公司 吳友強(qiáng)

動(dòng)車組復(fù)合絕緣子是機(jī)車車輛高壓端與車體間的主要絕緣部件，其機(jī)械和電氣性能的優(yōu)劣將直接影響到機(jī)車車輛的安全運(yùn)行。本文對(duì)動(dòng)車組不同運(yùn)行里程、不同運(yùn)行年限的復(fù)合絕緣子，對(duì)其進(jìn)行了復(fù)合外套憎水性、工頻干閃絡(luò)、工頻濕閃絡(luò)、人工污穢、機(jī)械強(qiáng)度等對(duì)比試驗(yàn)分析，同時(shí)，對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行后的檢修和維護(hù)、更換，提供了參考和依據(jù)。

復(fù)合絕緣子；性能分析；維護(hù)

前言

近年來(lái)我國(guó)不斷加大電氣化鐵路領(lǐng)域建設(shè)，隨著京滬、武廣、成渝、蘭渝、滬昆、金溫、西成等鐵路客運(yùn)專線開(kāi)通，對(duì)動(dòng)車組用復(fù)合絕緣子性能要求也在逐步提高。絕緣子既要承受風(fēng)阻及氣流正負(fù)壓變化、又要耐受機(jī)械沖擊、海拔高度及南北溫差變化等惡劣運(yùn)行環(huán)境因素的影響。這些因素將會(huì)影響絕緣子的整體性能的逐漸下降。據(jù)資料顯示，復(fù)合絕緣子在動(dòng)車組運(yùn)行已超過(guò)了8年,隨著動(dòng)車組運(yùn)行年限的增加，復(fù)合絕緣子的硅橡膠表面性能亦隨之發(fā)生變化，如硅橡膠材料老化、表面憎水性能降低等。因此為保證機(jī)車車輛安全運(yùn)行，通過(guò)對(duì)動(dòng)車組復(fù)合絕緣子的長(zhǎng)期跟蹤、檢查，篩選出不同運(yùn)行里程、不同運(yùn)行年限的復(fù)合絕緣子進(jìn)行了各項(xiàng)電氣和機(jī)械性能試驗(yàn)和評(píng)估。

1.絕緣子試品選取

試驗(yàn)選用了CRH2型動(dòng)車組用車頂高壓隔離開(kāi)關(guān)復(fù)合絕緣子，復(fù)合絕緣子運(yùn)行里程分別為120萬(wàn)、240萬(wàn)、360萬(wàn)、400萬(wàn)公里，編號(hào)分別為1#-4#。絕緣子傘型均為大小傘結(jié)構(gòu)，材料為高溫硫化硅橡膠，如圖1所示。分別對(duì)絕緣子進(jìn)行了外觀檢查、憎水性測(cè)試、工頻干閃絡(luò)、工頻濕閃絡(luò)、人工污穢、機(jī)械強(qiáng)度等試驗(yàn)。

圖1

2.外觀檢查

對(duì)絕緣子外觀檢查后發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行為360萬(wàn)公里后的絕緣子傘裙邊沿有細(xì)小裂紋破損，裂紋長(zhǎng)度約3mm。裂紋深度約為2mm；運(yùn)行為400萬(wàn)公里后的絕緣子傘裙有裂紋，裂紋長(zhǎng)度約10mm，其余運(yùn)行后絕緣子外觀均完整。硅橡膠復(fù)合絕緣子傘套為彈性體材料，在長(zhǎng)期的運(yùn)行作用下硅橡膠傘裙會(huì)出現(xiàn)耐風(fēng)阻疲勞，這種耐風(fēng)阻疲勞特性同時(shí)還與應(yīng)力水平及循環(huán)次數(shù)的頻率有關(guān)，兩者的值達(dá)到一定的范圍時(shí)，硅橡膠傘裙的耐風(fēng)阻性能會(huì)明顯下降，在絕緣子傘裙表面產(chǎn)生微小裂紋，隨著疲勞過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)展，硅橡膠傘裙由于疲勞損傷而出現(xiàn)裂紋或開(kāi)裂（如圖2）。

絕緣子傘裙在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)裂紋或開(kāi)裂，不僅與硅橡膠絕緣子傘裙的抗撕裂強(qiáng)度有關(guān)，還與高溫硫化硅橡膠混煉配方有直接關(guān)系。

3.憎水性能測(cè)試

憎水性測(cè)試采用噴水分級(jí)法進(jìn)行測(cè)試，對(duì)新品和運(yùn)行不同里程絕緣子進(jìn)行憎水性測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1，絕緣子表面憎水性狀典型如圖3至4所示。

圖2

表1 運(yùn)行復(fù)合絕緣子和新絕緣子憎水性測(cè)試對(duì)比結(jié)果

圖3 運(yùn)行后絕緣子憎水性典型圖像

圖4 新絕緣子憎水性典型圖像

絕緣子憎水性測(cè)試結(jié)果表明，隨著運(yùn)行公里數(shù)的增加，絕緣子憎水性等級(jí)也隨之下降。運(yùn)行120萬(wàn)、240萬(wàn)公里的絕緣子表面憎水性等級(jí)仍在HC2～HC3級(jí)，而運(yùn)行360～400萬(wàn)公里的兩只絕緣子憎水性等級(jí)下降為HC4～HC5。從絕緣子外觀看，運(yùn)行360～400萬(wàn)公里的兩只絕緣子表面有明顯的污穢附著。污穢沉積在絕緣子表面后，在濕潤(rùn)狀態(tài)下更容易發(fā)生電暈放電，而電暈放電會(huì)造成絕緣子傘裙材料的微觀變化，通過(guò)宏觀的憎水性下降表現(xiàn)出來(lái)。

4.工頻干、濕閃絡(luò)電壓測(cè)試

為了研究復(fù)合絕緣子耐電性能，對(duì)運(yùn)行不同里程后的絕緣子和新制造的絕緣子按照GB/T1001進(jìn)行工頻干、濕閃試驗(yàn)，各進(jìn)行4次工頻閃絡(luò)電壓，然后取平均值。

表2 干閃絡(luò)電壓平均值變化趨勢(shì)

由上表格2、3可知：

（1）運(yùn)行里程數(shù)對(duì)干燥狀態(tài)下閃絡(luò)電壓幾乎無(wú)影響。

（2）濕閃電壓隨運(yùn)行里程數(shù)的增加而下降。

（3）運(yùn)行初期閃絡(luò)電壓下降幅度較小，運(yùn)行超過(guò)360～400萬(wàn)公里閃絡(luò)電壓下降幅值開(kāi)始加速，閃絡(luò)電壓值仍達(dá)到絕緣子出廠檢驗(yàn)要求。

表3 濕閃絡(luò)電壓平均值變化趨勢(shì)

5.人工污穢閃絡(luò)電壓測(cè)試

測(cè)試結(jié)果表明，絕緣子在等值鹽密度為0.1mg/cm2和鹽密度為0.4mg/cm2時(shí)閃絡(luò)電壓隨運(yùn)行里程數(shù)變化而變化，見(jiàn)表格4。

表4 等值附鹽密度閃絡(luò)電壓變化趨勢(shì)

表5 機(jī)械負(fù)荷值變化趨勢(shì)

6.機(jī)械負(fù)荷測(cè)試

所有試品均進(jìn)行彎曲負(fù)荷和扭轉(zhuǎn)負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足出廠試驗(yàn)要求，見(jiàn)表5。

7.總結(jié)

（1）絕緣子在動(dòng)車組上安全運(yùn)行后，個(gè)別絕緣子傘裙外觀有被擊打痕跡, 其裂紋破損現(xiàn)象均屬動(dòng)車組在運(yùn)行過(guò)程中遭遇外力擊打所致，除絕緣子的憎水性能有所降低外，機(jī)械性能及電氣性能依舊滿足絕緣子初始狀態(tài)的技術(shù)要求。

（2）硅橡膠復(fù)合絕緣子因?yàn)槠浔砻婺堋⒘己玫脑魉约霸魉w移特性而具有優(yōu)良的防污閃特性和較高的污閃電壓。但隨著絕緣子運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)其表面能亦隨之降低；憎水性能降低同時(shí)還受到電場(chǎng)、紫外線、風(fēng)沙及運(yùn)行過(guò)程中的污穢物等的侵蝕，這些均會(huì)促使絕緣子表面粗糙度的形成繼而造成絕緣子憎水性能的降低。動(dòng)車組每天運(yùn)行后都要進(jìn)段進(jìn)行檢查清洗，每天的清洗或采用的清洗劑不同，而且受到環(huán)境、氣溫、時(shí)間等因素的制約，均會(huì)對(duì)絕緣子的表面能造成破壞而使絕緣子憎水性能的下降。

（3）為了確保機(jī)車車輛安全運(yùn)行，對(duì)于250公里動(dòng)車組用硅橡膠復(fù)合絕緣子運(yùn)行里程大于400萬(wàn)公里，建議更換新絕緣子。

[1]DL/T376-2010 復(fù)合絕緣子用硅橡膠絕緣材料通用技術(shù)條件[S]．北京，國(guó)家能源局,2010．

[2]范建斌,殷禹《復(fù)合絕緣子運(yùn)行狀況評(píng)估方法》[J]．電網(wǎng)技術(shù),2006,30(12)：24-27．