接觸網(wǎng)電分段電壓差產(chǎn)生電弧現(xiàn)象的研究分析

牛麗霞

【摘 要】近年來電氣化鐵路多次發(fā)生機(jī)車通過接觸網(wǎng)電分段時產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，燒傷承力索、接觸線，甚至造成接觸網(wǎng)斷線事故，對電氣化鐵路安全運(yùn)營造成一定影響。論文通過對接觸網(wǎng)電分段產(chǎn)生電弧現(xiàn)象原理進(jìn)行討論，分析電壓差產(chǎn)生電弧的原因，并提出一些改進(jìn)措施。

【Abstract】In recent years， the arc phenomenon occurred many times when the train passing the overhead line system electric sectioning in electrified railways， it burns the bearing cable and contact lines， even causes the catenary failure， causes certain influence for the safe operation of electrified railway. Based on the analysis of principle of arc phenomenon in catenary electric sectioning， paper analyzes the reasons of arc phenomenon， and puts forward some improvments.

【關(guān)鍵詞】接觸網(wǎng)；電分段；電弧

【Keywords】overhead line system ； electric sectioning； arc

【中圖分類號】U225 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0158-02

1 引言

隨著國內(nèi)鐵路快速發(fā)展，電氣化接觸網(wǎng)系統(tǒng)在鐵路運(yùn)輸中起到的作用日趨明顯。在電氣化鐵路中，為了實(shí)現(xiàn)同相電氣隔離，機(jī)車受電弓能夠順利通過，在較大站場設(shè)置接觸網(wǎng)電分段。通過近幾年機(jī)車通過電分段發(fā)生的故障來看，接觸網(wǎng)電分段作為關(guān)鍵設(shè)備，經(jīng)常會出現(xiàn)電弧現(xiàn)象，會燒傷接觸網(wǎng)線索，甚至出現(xiàn)接觸網(wǎng)斷線事故，同時對接觸網(wǎng)作業(yè)產(chǎn)生安全隱患。因此本文通過對電分段產(chǎn)生電弧原理進(jìn)行討論，分析電壓差產(chǎn)生電弧的原因，并提出一些改進(jìn)措施。

2 接觸網(wǎng)電分段

接觸網(wǎng)電分段主要是用于同相電在不同饋線之間產(chǎn)生電氣隔離的設(shè)備。在供電設(shè)備復(fù)雜區(qū)段，劃清不同供電單元，做到靈活供電。遇到設(shè)備檢修或應(yīng)急搶修時，可以縮小停電范圍。接觸網(wǎng)電分段從設(shè)計角度來說可以分為器件式電分段和絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段（本文主要討論隔離開關(guān)在分位情況）。

2.1 器件式電分段

器件式電分段一般使用分段絕緣器，一般安裝在上下行分段、站場供電、機(jī)務(wù)整備和車務(wù)裝卸等處所，絕緣性能良好，具有靈活供電的作用，減少接觸網(wǎng)天窗檢修對運(yùn)輸?shù)挠绊?。部分分段兩端電壓差可達(dá)上千伏，可產(chǎn)生幾百安的電弧，多數(shù)絕緣分段器在電弧的燒灼下，材質(zhì)迅速老化，機(jī)械性能和電氣性能下降，對設(shè)備安全運(yùn)行和人員檢修作業(yè)帶來隱患。

2.2 絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段

絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段主要是利用關(guān)節(jié)兩側(cè)接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)之間空氣絕緣間隙起電分段作用，同時設(shè)置常開隔離開關(guān)，一般在車站、較大站場兩側(cè)設(shè)置安裝絕緣錨段關(guān)節(jié)，其絕緣性能通過空氣絕緣間隙來滿足35kV電壓等級。絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段參數(shù)出現(xiàn)超標(biāo)或其他因素影響容易產(chǎn)生接觸網(wǎng)故障。如2017年XX局XX聯(lián)絡(luò)線發(fā)生接觸網(wǎng)斷線事故，其具體故障地點(diǎn)就在絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段處。

3 接觸網(wǎng)電分段產(chǎn)生電弧的分析

3.1 器件式分段產(chǎn)生電弧分析

①外部環(huán)境影響。鐵路沿線附近存在污染源，尤其是粉塵污染。長時間分段絕緣器絕緣部分會附著污穢，在陰雨潮濕的環(huán)境中會大大降低絕緣部分閃絡(luò)電壓。當(dāng)一側(cè)饋線停電時，另一側(cè)帶電部分形成的電壓差使薄弱的絕緣部分導(dǎo)通，使主絕緣燒損。②接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計影響。分段絕緣器兩側(cè)距變電所饋出線的距離不同，產(chǎn)生的阻抗相應(yīng)也不同，加之兩側(cè)牽引負(fù)載也不同，運(yùn)行中的分段絕緣器兩端本身存在數(shù)百或數(shù)千伏的電壓差。機(jī)車受電弓在正常經(jīng)過分段絕緣器時，受電弓滑板會同時導(dǎo)通分段兩側(cè)滑道。當(dāng)負(fù)荷電流由一側(cè)轉(zhuǎn)換到另一側(cè)時，相當(dāng)于電路的打開，再次閉合的過程。假如該分段絕緣器兩端電壓相等，受電弓平滑通過，若該分段絕緣器兩端存在電壓差，機(jī)車帶負(fù)荷通過時，則會產(chǎn)生程度不同的電弧。③接觸電阻的影響。分段絕緣器在接頭線夾、導(dǎo)流轉(zhuǎn)換部分容易出現(xiàn)硬點(diǎn)，造成過渡不平穩(wěn)，受電弓在經(jīng)過接頭線夾時可能產(chǎn)生一定的沖擊，致使受電弓瞬間分離分段絕緣器滑道，分離過程中有空氣間隙致使接觸電阻增大，機(jī)車牽引負(fù)荷電流不能切斷時，會使局部溫度升高，產(chǎn)生電弧。

受電弓滑板日常運(yùn)行中產(chǎn)生一定的磨耗，幾何尺寸方面不能和分段絕緣器滑道緊密接觸，如果出現(xiàn)虛接的情況下，接觸網(wǎng)局部電阻會明顯變大，從而產(chǎn)生電弧。

3.2 絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段產(chǎn)生電弧分析

①接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計影響。絕緣錨段關(guān)節(jié)兩支接觸懸掛所在饋線上網(wǎng)點(diǎn)與絕緣錨段關(guān)節(jié)間的距離不同，甚至相差較大。同時兩側(cè)電力機(jī)車行車密度不同，致使兩支接觸懸掛存在較大電位差，電力機(jī)車通過時產(chǎn)生電弧。機(jī)車若處于上坡道提速取流工況下，受電弓在兩條饋線過渡轉(zhuǎn)換處，連通兩側(cè)不平衡負(fù)荷，造成絕緣錨段關(guān)節(jié)斷口處持續(xù)燃弧并燒傷接觸線。②絕緣錨段關(guān)節(jié)特殊位置影響。當(dāng)絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段距離調(diào)車信號較近時，調(diào)車信號開放之后，電力機(jī)車啟動并進(jìn)入絕緣錨段內(nèi)，此時機(jī)車行駛速度很慢，會造成強(qiáng)烈拉弧，燒傷接觸網(wǎng)線索。另一方面機(jī)車司機(jī)容易將機(jī)車錯誤停在絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)，受電弓與工作支接觸良好，但與非工作支接觸不良，兩者有電壓差ΔU，會產(chǎn)生拉弧，對接觸網(wǎng)線索造成損壞。

3.3 接觸網(wǎng)電分段產(chǎn)生電位差原理分析

從以上器件式電分段和絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段產(chǎn)生電弧的分析，可以發(fā)現(xiàn)主要原因還是接觸網(wǎng)電分段處存在電位差?，F(xiàn)對電力機(jī)車運(yùn)行經(jīng)過接觸網(wǎng)電分段情況進(jìn)行簡化分析。接觸網(wǎng)電分段兩側(cè)饋線l1和l2長度不一樣，相應(yīng)接觸網(wǎng)阻抗Z1和Z2也不一樣。A、B兩端機(jī)車密度不同，牽引負(fù)荷也不一樣。AB端電壓差ΔU=Z1I1-Z2I2，從式中得出：①電分段兩側(cè)供電臂長度不同，對應(yīng)的阻抗不同。②取流地點(diǎn)不同會影響電壓差。③供電臂車輛密度不同引起電流不同，相應(yīng)引起電壓差。

4 防范措施

針對接觸網(wǎng)電分段電壓差引起電弧對接觸網(wǎng)線索的損害，我們需從源頭設(shè)計和日常檢查方面制定一些防范措施，設(shè)備隱患及早發(fā)現(xiàn)，及早處理，減少對運(yùn)輸產(chǎn)生的影響。

4.1 加強(qiáng)分段絕緣器絕緣清掃

根據(jù)分段絕緣器運(yùn)行環(huán)境、投入使用時間長短等因素，實(shí)行差異化檢修周期，重污染區(qū)段要重點(diǎn)關(guān)注，根據(jù)現(xiàn)場情況縮短清掃周期。在惡劣天氣下安排班組加強(qiáng)巡視和清掃作業(yè)，防止主絕緣臟污發(fā)生閃絡(luò)或擊穿故障。

4.2 從接觸網(wǎng)設(shè)計源頭卡控

一是接觸網(wǎng)設(shè)計中合理設(shè)置兩條饋線長度，不能相差過大；二是合理安排兩條饋線內(nèi)的機(jī)車數(shù)量，取流負(fù)荷不能相差太大；三是接觸網(wǎng)設(shè)計中，合理設(shè)置信號機(jī)與電分段之間的距離，防止電力機(jī)車意外停在接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段內(nèi)；四是對絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段所處位置的坡度合理設(shè)置，不能設(shè)置過大。

4.3 對接觸網(wǎng)電分段加強(qiáng)日常巡視檢查

利用添乘、線下巡視和天窗檢查等方式對管內(nèi)接觸網(wǎng)電分段進(jìn)行巡視檢查，巡視檢查重點(diǎn)：①對絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段（隔離開關(guān)在分位）且接觸網(wǎng)由不同饋線供電的處所進(jìn)行統(tǒng)計，并分別對絕緣錨段關(guān)節(jié)兩側(cè)饋線供電范圍內(nèi)的接觸懸掛長度進(jìn)行統(tǒng)計，并建立臺賬。②對關(guān)節(jié)處所線路坡度進(jìn)行現(xiàn)場核對。③測量絕緣錨段關(guān)節(jié)接觸懸掛參數(shù)。④夜間觀察電力機(jī)車通過電分段（隔離開關(guān)在分位）時是否有拉弧現(xiàn)象。⑤各車間安排人員添乘電力機(jī)車，并記錄電力機(jī)車儀表盤上通過絕緣錨段關(guān)節(jié)（隔離開關(guān)在分位）前后的網(wǎng)壓。⑥定期對絕緣錨段電分段進(jìn)行檢查維護(hù)，對絕緣錨段關(guān)節(jié)兩轉(zhuǎn)換柱間承力索和接觸線進(jìn)行檢查，是否有燒傷痕跡，對有燒傷較嚴(yán)重的處所進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)或更換，也可在承力索安裝保護(hù)條防止燒傷。

4.4 電力機(jī)車行駛條件限制

在設(shè)備既有條件下，電力機(jī)車在通過電分段時要保持一定的速度，防止長時間的拉弧對承力索和接觸線的傷害。另一方面在機(jī)車停車位置選擇方面不能讓電力機(jī)車在絕緣錨段關(guān)節(jié)電分段內(nèi)部停車。

5 結(jié)語

接觸網(wǎng)電分段在牽引供電中有具有一定的靈活性和重要性，利用接觸網(wǎng)電分段縮短停電范圍，減少接觸網(wǎng)檢修對運(yùn)輸造成的影響。接觸網(wǎng)電分段處往往由于各種原因引起電氣燒傷問題，甚至出現(xiàn)斷線故障。燒傷問題在前期也很難被發(fā)現(xiàn)，安全隱患較大，因此接觸網(wǎng)運(yùn)營單位對電分段的安裝和運(yùn)營提出更高的要求。本文通過對電分段的介紹，對電分段產(chǎn)生電弧的原因進(jìn)行分析，得出電分段電壓差是產(chǎn)生電弧的主要原因，并提出一些改進(jìn)措施。將設(shè)備機(jī)械與電氣特性相結(jié)合，對鐵路供電設(shè)備安全運(yùn)行有很重要的意義。

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