接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)燒損原因及對(duì)策分析

郭海賓

摘 要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電氣接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)越來(lái)越受到重視。電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)中，接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)是安全運(yùn)行的薄弱部位，常常因各種原因造成絕緣子污閃放電，一般情況，隔離開(kāi)關(guān)瞬時(shí)放電后能自動(dòng)恢復(fù)絕緣，接觸網(wǎng)跳閘后能再次送電成功，恢復(fù)正常運(yùn)行。但某鐵路局多次發(fā)生因開(kāi)關(guān)絕緣子污閃放電，燒損電動(dòng)開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等設(shè)備設(shè)施的問(wèn)題，造成電動(dòng)開(kāi)關(guān)無(wú)法遠(yuǎn)程操作，影響了列車運(yùn)行。因此，需認(rèn)真分析原因，制定相應(yīng)防范措施。

關(guān)鍵詞 絕緣子污閃放電;電氣接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān);遠(yuǎn)動(dòng)裝置

引言

本文介紹了一起接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)絕緣子污閃造成電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、遠(yuǎn)動(dòng)控制箱等設(shè)備燒損的事故。為了分析燒損原因，筆者分析了絕緣子污閃過(guò)程和電弧特性，對(duì)污閃電弧穩(wěn)態(tài)時(shí)段操作機(jī)構(gòu)電位提升進(jìn)行了計(jì)算，在此基礎(chǔ)上對(duì)操作機(jī)構(gòu)等設(shè)備進(jìn)行分析，找到了燒損原因。接地電流引發(fā)操作機(jī)構(gòu)電位發(fā)生較大抬升，造成操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)絕緣反向擊穿是設(shè)備燒損的直接原因。筆者根據(jù)原因分析，針對(duì)性地提出防范措施，部分措施已經(jīng)被采取，收到良好效果。

1故障分析

1.1 故障概況及相關(guān)設(shè)備信息

某變電所某供電臂斷路器跳閘，電流速斷保護(hù)動(dòng)作，人員巡視發(fā)現(xiàn)，該接觸網(wǎng)供電臂上支柱隔離開(kāi)關(guān)絕緣子出現(xiàn)過(guò)嚴(yán)重放電現(xiàn)象，電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)箱燒損嚴(yán)重，遠(yuǎn)動(dòng)控制箱燒損嚴(yán)重。后續(xù)故障分析過(guò)程中，了解到向開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)提供電源的供電裝置（變壓器低壓開(kāi)關(guān)）及變電所控制屏內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)控制光纜端頭也被燒損。

1.2 隔離開(kāi)關(guān)污閃分析

顯然，隔離開(kāi)關(guān)絕緣子污閃是操作機(jī)構(gòu)燒損的源頭性原因，對(duì)其進(jìn)行分析既有利于找出防止污閃的措施，也有利于操作機(jī)構(gòu)燒損分析。污閃發(fā)生過(guò)程大致如下：絕緣子表面的污穢受潮濕潤(rùn)后，污穢層中的鹽分等高導(dǎo)電率溶質(zhì)溶解，絕緣子的表面電阻大大降低，在電壓作用下，流經(jīng)絕緣子表面的泄漏電流顯著增加，泄漏電流產(chǎn)生熱量加熱污穢層。污穢層沿絕緣子表面的分布是不均勻的，使絕緣子表面各部分的電流密度不一樣，受熱也是不均勻的。在電流密度大且污穢層較薄的地方，水分迅速蒸發(fā)，形成電阻較大的干燥區(qū)，它與電阻較小的濕潤(rùn)區(qū)串聯(lián)，承擔(dān)的電壓降大大增加，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣擊穿（電離）場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，干燥區(qū)就會(huì)發(fā)生局部電弧放電。由于局部電弧通道的電阻較低，故通道中的泄漏電流較大，局部放電通道端部附近的表面也迅速受熱烘干，再進(jìn)一步的發(fā)展就有兩種可能性：一種是當(dāng)污穢較輕或絕緣子的泄露距離（簡(jiǎn)稱：爬距）較長(zhǎng)，其余串聯(lián)濕潤(rùn)部分的電阻還比較大，干燥區(qū)域擴(kuò)大將使泄漏電流減小，當(dāng)局部放電通道的長(zhǎng)度增加到一定程度時(shí)，其承擔(dān)的電壓已不足以維持這樣長(zhǎng)的局部電弧放電，放電將熄滅;另一種是當(dāng)污穢嚴(yán)重或絕緣子泄露距離較小時(shí)，其余濕潤(rùn)部分的電阻小一些，局部放電通道中的電流較大，通道中會(huì)產(chǎn)生熱游離，則局部電弧將繼續(xù)伸長(zhǎng)，發(fā)展到沿整個(gè)絕緣表面，形成污閃。通過(guò)分析可知：加大絕緣子爬弧距離、提高絕緣子防污性能以及對(duì)絕緣子污物及時(shí)清理可以大大減少污閃發(fā)生，自然也就大大降低操作機(jī)構(gòu)燒損的概率。

1.3 隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱電位抬高量計(jì)算

要精確計(jì)算隔離開(kāi)關(guān)污閃全過(guò)程中電壓、電流變化是非常復(fù)雜的事項(xiàng)，只要計(jì)算出電弧穩(wěn)態(tài)時(shí)操作機(jī)構(gòu)箱電勢(shì)抬升的大約量，可滿足分析需要。為接地阻抗和接地極上端（操作機(jī)構(gòu)箱）電位。需特別注意的是，短路過(guò)程中，大電流通過(guò)接地極流入大地，接地極附近土壤出現(xiàn)擊穿導(dǎo)電現(xiàn)象，相當(dāng)于擴(kuò)大了接地極的幾何尺寸，使接地阻抗大大減小，并且呈現(xiàn)出非純電阻性。所以，不能簡(jiǎn)單利用短路電流和接地極電阻相乘的方法來(lái)計(jì)算接地極上部電位。

1.4 機(jī)構(gòu)箱燒損分析

接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)污閃放電，電流沿隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)桿、接地線、接地極進(jìn)入大地，造成接地極上部電位（也是隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱電位）抬升較大，隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱與內(nèi)部控制線路、端子排、電氣設(shè)備形成巨大電位差，而電纜線、端子排、電氣設(shè)備額定耐壓僅1000V左右，勢(shì)必出現(xiàn)操作箱內(nèi)線纜、端子排反向擊穿放電，造成燃弧燒損;擊穿后的控制電纜又將高電位帶到遠(yuǎn)動(dòng)控制箱內(nèi)，燒損電源開(kāi)關(guān)等設(shè)備;通過(guò)電源電纜，高電位又傳到變壓器低壓開(kāi)關(guān)，造成開(kāi)關(guān)絕緣擊穿燒損;通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)控制光纜鎧帶，高壓傳到牽引變電所，光纜端頭鎧帶對(duì)控制屏接地放電，引起燃弧燒損[1]。

2對(duì)策

2.1 提高隔離開(kāi)關(guān)防污閃性能

開(kāi)關(guān)絕緣子污閃是操作機(jī)構(gòu)燒損的源頭性原因，采取對(duì)隔離開(kāi)關(guān)絕緣子加大爬弧距離、涂刷防污涂料、及時(shí)清理污物等措施，可有效降低開(kāi)關(guān)絕緣子污閃發(fā)生的概率。

2.2 切斷操作箱高電位的來(lái)源通道

將GW開(kāi)關(guān)接地裝置與操作機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行絕緣隔離，不讓開(kāi)關(guān)箱出現(xiàn)高電勢(shì)。采取措施：①隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)桿用絕緣材料或中間加絕緣;②操作箱與支柱絕緣安裝;③隔離開(kāi)關(guān)接地引下線采用絕緣電纜;④隔離開(kāi)關(guān)接地極單獨(dú)設(shè)置，距離操作機(jī)構(gòu)箱接地極大于15m。

2.3 操作機(jī)構(gòu)箱、遠(yuǎn)動(dòng)控制箱內(nèi)電源線、控制線裝設(shè)浪涌保護(hù)器

裝設(shè)浪涌保護(hù)器后，一旦操作箱、遠(yuǎn)動(dòng)控制箱有高電位，浪涌保護(hù)器瞬時(shí)導(dǎo)通，使得電源線、控制線電壓和操作機(jī)構(gòu)箱等電位，不會(huì)出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象，不會(huì)造成設(shè)備燒損。

2.4 將操作機(jī)構(gòu)箱接地、遠(yuǎn)動(dòng)控制箱接地、變壓器接地

采用絕緣電纜聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)等電位該措施起到水漲船高的效果，操作機(jī)構(gòu)箱、遠(yuǎn)動(dòng)控制箱、變壓器開(kāi)關(guān)箱電位協(xié)調(diào)一致，不會(huì)發(fā)生線纜、設(shè)備與箱體出現(xiàn)較高電位差的現(xiàn)象。

2.5 變電所控制光纜裝設(shè)入戶絕緣節(jié)

該措施防止光纜將高電位帶到所內(nèi)燒損室內(nèi)設(shè)備的作用。

2.6 裝設(shè)隔離變壓器

變電所附近的隔離開(kāi)關(guān)的操作電源一般來(lái)自變電所內(nèi)交流屏，為防止將高電位帶到所內(nèi)，需在所內(nèi)裝設(shè)隔離變壓器給外部開(kāi)關(guān)操作箱供電[2]。

3結(jié)束語(yǔ)

闡述了一起接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)燒損故障，分析了產(chǎn)生問(wèn)題的原因，據(jù)此針對(duì)性地提出防范措施，部分措施已經(jīng)被采取，并取得良好效果。文中分析成果對(duì)接觸網(wǎng)運(yùn)行管理和工程設(shè)計(jì)具有較好的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁志豪.絕緣子污閃的形成機(jī)理及預(yù)防措施[J].廣東電力，2013， 26（6）：87-92.

[2] 胡翔駿.電路分析（第3版）[M].北京：高等教育出版社.2016：29.