大洲停車場F東2分段絕緣器打火原因分析及措施

王向冬

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州510000）

0 引言

接觸網設備長期處于大張力、頻繁震動的工作狀態(tài)，受電弓頻繁摩擦和擠壓。在這種惡劣的條件下運行，而且由于各種條件的限制，接觸網系統(tǒng)做不到熱備用，因此其一旦發(fā)生故障，勢必影響城市軌道交通的正常運行。分段絕緣器是接觸網主要設備，其結構既要保證供電的分段，又要能使受電弓平滑通過并連續(xù)受流，因而是影響接觸網安全運行的重要因素。一個狀態(tài)良好、運行穩(wěn)定的分段絕緣器性能要求包括絕緣性能好、強度高、穩(wěn)定性能好、過渡平滑、消弧能力強。廣州地鐵二號線采用的是法國加朗分段絕緣器，可以安裝在速度200 km/h的線路上，對接觸網懸掛和受電弓沒有破壞，電壓范圍1 500～3 000 V，150 mm空氣間隙；工作荷載40 kN，破壞荷載120 kN；干閃電壓51.3 kV，濕閃電壓45 kV。

在實際運行中，拉弧打火現(xiàn)象較為普遍，主要是發(fā)生在車輛段（以大洲停車場F東2為例，如圖1所示）的薄弱環(huán)節(jié)——出入段線。出入段線連接著正線，一旦分段絕緣器燒傷、損傷甚至被拉斷造成弓網事故，就將直接影響正線行車。到目前為止，車輛段柔性接觸網分段絕緣器異常主要表現(xiàn)為拉弧燒損，主絕緣燒黑、導流板燒出銅瘤，更嚴重的是導流板直接燒斷。為什么會反復出現(xiàn)這種情況呢？下文將對通過實驗得到的結論進行分析。

圖1 電客車正常ATO模式55 km/h（無限速）受電弓過分段拉弧情況

1 造成分段絕緣器拉弧打火的原因分析

1.1 供電分區(qū)兩端電壓差

分段絕緣器拉弧打火首要原因就是存在電壓差，因為就分段絕緣器來說，同一電壓下（如車輛段內庫門口分段絕緣器）基本不存在拉弧。以大洲停車場F東2為例，查看環(huán)網供電圖可知，F(xiàn)東2靠庫門方向是由車輛段牽引所供電，F(xiàn)東2靠洞口方向是由廣州南站牽引所供電，而這兩個牽引所都是由同一主變供電，經過降壓整流上網以及正線列車取流等環(huán)節(jié)勢必導致兩者電壓不同，當列車負載通過該有較大電壓差的分段絕緣器時，拉弧打火勢必不可避免。

對比車輛限速30 km/h、25 km/h，無限速55 km/h三種運行速度下前弓及后弓通過F東2分段絕緣器時的電流數(shù)據，后弓通過時電流數(shù)據要比前弓大很多，說明前弓進入DZD2供電區(qū)形成負載，進一步加大了F東2分段絕緣器兩端的電勢差，由此可知，減小F東2分段絕緣器兩端電壓差將有助于緩解弓網間拉弧現(xiàn)象，限制列車運行速度時F東2分段絕緣器兩端電壓差相對較小。

1.2 加速區(qū)段，高速通過時易引起拉弧

大洲停車場出入段線分段絕緣器（087號支柱）位置設在列車起動加速區(qū)，易引起拉弧。

對比車輛限速30 km/h、25 km/h，無限速55km/h三種運行速度下饋線開關電流曲線圖以及電流數(shù)據，限速狀態(tài)下，無論是前弓還是后弓通過F東2分段絕緣器，一方面饋線開關饋出電流的變化率均比無限速狀態(tài)下變化率平緩很多，另一方面饋線開關饋出電流的數(shù)值也相對小很多，因此，車輛限速運行時F東2分段絕緣器兩端電壓差相對較小，同時弓網間拉弧程度也得到一定的改善，在限速25 km/h時，弓網間拉弧非常輕微，這也與現(xiàn)場觀察到弓網間拉弧得到緩解相符合，拉弧對設備產生的影響得到有效緩解。

1.3 雜散電流的泄漏

雜散電流是通過工作接地極或其他途徑無規(guī)律地流向大地或接地金屬件的電流，由于鋼軌不能絕對地對大地絕緣，有一部分回流電流通過回流軌經過大地回流到變電所負極，雜散電流使軌電位提高，對牽引所的供電有一定的影響。

1.4 受電弓碳滑板的磨耗對分段絕緣器的影響

分段絕緣器調整標準，工作狀態(tài)良好，但是對于那些磨耗嚴重的受電弓來說依舊會產生拉弧。我們檢查受電弓時發(fā)現(xiàn)，受電弓經過長期磨耗，其輪廓如圖2所示，這樣的碳滑板滑過分段絕緣器時會存在間隙，圖示碳滑板有明顯的拉弧痕跡，嚴重影響弓網關系。

圖2 碳滑板磨耗情況

1.5 出入段線通車密度大

出入段線的行車密度大，整個車廠的車輛都是經過出入段線進出車廠。據統(tǒng)計，一天此分段絕緣器通過60弓架次，再加上以上原因導流板受撞擊與磨損的程度必然加劇，進而增加了打火拉弧的可能性。

2 解決措施

2.1 改變供電方式

對于電壓差的問題可以改變F東2靠洞口方向的供電方式，由原來的廣州南牽引所供電改為廣州南牽引所和車輛段牽引所共同供電，減小電壓差，這也許是其他出入段分段絕緣器工作狀態(tài)良好的一個原因。如果實現(xiàn)不了，只能加強對此類分段絕緣器的測量和巡檢，縮短檢修周期，掌握其運行狀態(tài)和性能；同時加強研制適合高電壓差的分段絕緣器。

2.2 改變分段絕緣器位置

分段絕緣器移位改造是為了緩解列車通過大洲停車場出廠線F東2分段絕緣器時的拉弧狀態(tài)，通過在滿足供電需求的前提下，改變分段絕緣器的安裝位置，使列車受電弓通過F東2時能夠低速通過，此改造項目已于2016年5月21日、22日順利完成。改造前后分段的位置如圖3所示。改造后，經過近2個月的觀察，F(xiàn)東2分段絕緣器的拉弧情況得到顯著改善。

圖3 改造前后分段絕緣器的位置

2.3 改善雜散電流

改善雜散電流，定期查看雜散電流檢測裝置，觀察其是否工作正常，定期檢查迷流端子、回流電纜和均流電纜的連接情況。

3 結語

分段絕緣器是軌道交通供電系統(tǒng)重要的接觸網設備，它的工作狀態(tài)直接影響著機車受流質量，因此保證分段絕緣器狀態(tài)良好是供電順暢的前提條件。但目前我國在牽引供電設備，如分段絕緣器等方面科研研發(fā)和生產投入不足，給軌道交通供電安全帶來了極大隱患，需要各方面加大關注。