浅析接触网菱形分段绝缘器故障原因与对策

2012-03-30白家琨

电气化铁道 2012年3期

马雷，白家琨

0 引言

分段绝缘器是电气化铁路接触网的重要设备，其主要作用是实现接触网在电气上的独立分段，以便于检修停电作业，因此，分段绝缘器被广泛用于车站、渡线、存车线、车辆厂、停车库等地。但由于分段绝缘器击穿引发的接触网停电故障时有发生，因此分段绝缘器击穿故障是目前接触网运行检修管理急需解决的一个重要问题。

目前，国内电气化铁路安装的分段绝缘器有很多种，但其中出现最多的是菱形分段绝缘器，本文在分析一起菱形分段绝缘器击穿事故的基础上，还对既有线几种分段绝缘器进行了综合性能比较，有针对性地提出一些建议和改造方案，借以提高接触网供电运行的稳定性。

1 菱形分段绝缘器击穿事故案例

1.1 故障经过

2011 年4 月1 日下午，天气阴雨，某大型编组站接触网设备因一次馈线接地跳闸故障（重合失败），诱发该编组站站场间14 架菱形分段绝缘器相继击穿，造成接触网大面积停电，开闭所多条馈线跳闸且重合失败，中断供电时间超过2 h，影响货车10 列。

1.2 原因分析

（1）阴雨天气影响，使菱形分段绝缘滑板绝缘强度降低。

（2）编组站站场间菱形分段绝缘器绝缘滑板被受电弓碳滑板磨损并有碳粉附着，绝缘板下堆积碳粉过多导致绝缘水平下降。

（3）菱形分段绝缘器两端存在压差，电力机车低速运行，取流大，当受电弓滑板靠近桥式绝缘子端的根部时易产生持续燃烧电弧，使绝缘滑板严重烧损碳化造成绝缘强度下降。

（4）目前，大型枢纽站站场大多采用分束供电方式，当开闭所某条馈线发生跳闸，造成永久接地时，站场间或不同馈线间菱形分段绝缘器较长时间处于对地承压27.5 kV 的状态，易造成绝缘板击穿引起其他馈线跳闸，其他馈线跳闸后，其供电范围边缘的分段绝缘器又面临承压较高、时间较长的情况，极易形成连锁反应造成大范围停电的事故。

2 解决对策及改造方案

2.1 既有线分段绝缘器的性能比较

目前，既有电气化线路采用如下几种分段绝缘器，且各具特点，具体如下：

（1）菱形分段绝缘器的特点。a.安装简便，维护量小；受电弓与其接触面为闭口结构，对滑板平行于轨面的要求较低，运行安全性较好。b.容易在主绝缘滑道底部吸附滑板粉末形成碳化通道，降低绝缘性能；耐弧能力不好，电气过渡处易烧损主绝缘滑板。

（2）德国Adtranz 分段绝缘器的特点。a.安装较复杂，维护量小；受电弓与其接触面为开口结构，单方向对滑板平行于轨面的要求较高。b.没有绝缘滑道，不会因受电弓磨损降低绝缘性能；过渡处为全金属过渡，抗弧能力强。

（3）法国吉斯马分段绝缘器的特点。a.安装调整简便，维护量小；适用于单滑板受电弓，双滑板受电弓易碰后滑板。b.绝缘滑道与导流板空气绝缘，绝缘性能较好；绝缘滑道与导流板不接触，抗弧能力较好。

（4）瑞士AF 型分段绝缘器的特点。a.安装调整难度大，维护量大；受电弓与其接触面为开口结构，双方向对滑板平行于轨面的要求都高。b.绝缘滑道与导流板空气绝缘，绝缘性能较好；绝缘滑道与导流板不接触，抗弧能力较好。

2.2 既有线菱形分段绝缘器的维护管理

菱形分段绝缘器在安装维护和运行安全性方面具有明显的优势。目前其在既有线上安装数量多、应用范围广，并且经过多次改进，安装形式满足各型导线和安装位置的需要，但主绝缘滑道底部易吸附滑板粉末形成碳化通道而发生绝缘闪络击穿，因此加强既有线菱形分段绝缘器的运行管理势在必行。

（1）有针对性地确定清扫维护周期。对不同使用条件下的菱形分段绝缘器，应根据实际状况确定不同的清扫维护周期。维护周期的确定应根据周边环境污染程度、日均弓架次来确定，及时更换磨损严重的绝缘滑道。特别对碳粉附着较严重的绝缘滑道底部要使用中性清洁剂进行有效清扫。

（2）提高菱形分段绝缘器的检修工艺水平。a.绝缘器的滑道安装要水平，避免造成受电弓过渡不平滑而拉弧。b.消弧角安装位置要正确平整，以利于消除电力机车通过时因分段绝缘器两端压差引发的燃弧。c.吊弦安装受力要均匀，否则将影响电力机车受电弓在菱形分段绝缘器处的平稳过渡。

2.3 重点处所菱形分段绝缘器的改造方案

为确保既有线V 停（含大型站场分束停电）作业区段人身作业安全，并减少不同馈线间菱形分段绝缘器绝缘击穿造成的跳闸停电事故，建议对既有线重点处所分段绝缘器进行改造，方案如下：

（1）对于不同馈线（含上下行渡线分段）间的菱形分段绝缘器，建议更换为瑞士AF 型分段绝缘器。瑞士AF 型分段绝缘器绝缘滑道与导流板空气绝缘，绝缘性能较好，且绝缘滑道与导流板不接触，抗弧能力较好，其余非重点处所可继续使用菱形分段绝缘器，工程改造成本不会过高，以北京西站为例：北京西站共有菱形分段绝缘器54 架，而处于不同馈线（含上下行渡线）间的菱形分段绝缘器仅有13 架，可以将上述13 处菱形分段绝缘器更换成瑞士AF 型分段绝缘器，改造完成后可有效避免V 停（含站场分束停电）分段绝缘器击穿造成人身和设备事故，也可大大降低由于不同馈线间分段绝缘器击穿造成的接触网大面积停电故障。

（2）对于站场内日弓架次比较高的分段绝缘器所在处所（如在机务段、折返段，经常作业的货线、专用线，个别大的运转场及其渡线），建议采用德国Adtranz 的分段绝缘器，Adtranz 的分段绝缘器没有绝缘滑道，不会因受电弓磨损降低绝缘性能，且过渡处为全金属过渡，抗弧能力强，可有效避免分段绝缘器绝缘板因碳粉堆积导致绝缘水平下降而发生绝缘击穿的情况，保证作业人员的人身安全。

2.4 新建线路分段绝缘器的设计建议

站场间设置过多的分段绝缘器存在很多弊端，安装分段绝缘器处所容易形成硬点，影响弓网正常运行和取流，甚至引起弓网故障；分段绝缘器绝缘部件检修清扫周期为3 个月，大量设置增加了检修维护的工作量，恶劣天气还易造成分段绝缘器闪络击穿，引起跳闸。因此，新建电气化铁路接触网设计中应尽量减少分段绝缘器的设置，建议如下：

（1）枢纽站场采用分场供电的方式替代既有线分束停电方式，可大大减少分段绝缘器的数量。以大型客站北京西站和北京南站为例，北京西站采用分束供电方式，全站设10 台20 道共有分段绝缘器54 架，而北京南站采用分场供电的方式，全站13 台24 道，分段绝缘器仅有19 架。由此可见，在满足使用条件的情况下，应采取分上下行和站场设置电气分段方式。

（2）站场与站场间的衔接处不宜设置分段绝缘器，而采用五跨（四跨）绝缘锚段关节的形式替代分段绝缘器。如丰西货运枢纽的Ⅱ、Ⅲ场间电气绝缘原采用分段绝缘器的结构形式，恶劣天气下，下行（上行）接触网设备接地跳闸时，上下行间接触网衔接处分段绝缘器易发生击穿故障，对运输造成重大影响。经过设备改造采用四跨绝缘锚段关节之后，不仅有效改善了弓网关系，而且大大降低了设备故障率。

（3）新建电气化铁路中应尽量采用比较先进的新型分段绝缘器。