津滨轻轨小站台分段绝缘器“拉弧”现象浅析

王文波，韩 珉

0 引言

城市轨道交通供电系统中，分段绝缘器和绝缘锚段关节的作用是保持接触网机械连接，同时实现电气隔离，这些设备可以在事故及维护检修情况下缩小接触网停电范围。津滨轻轨供电系统采用的是双承双导的柔性简单链形悬挂接触网，所使用的分段绝缘器有简单、链形以及洗车库专用分段绝缘器等几种型号，由德国BB 公司生产。本文重点分析链形分段绝缘器。

1 分段绝缘器“拉弧”现象

同其他城市轨道交通一样，津滨轻轨车辆段内也设置“小站台”，位于车辆段出入段轨道两侧，便于车辆段内上下电客车。在靠近车辆段内方向设置“平交道口”以方便人员穿行轨道去往出入段两侧小站台。所谓“平交道口”是指钢轨与道路在同一平面相交，一般是正交。小站台平交道口附近设置信号机，指挥出入段电客车在平交道口前停车，保护行人安全。

由于小站台的位置正好位于正线胡家园和车辆段牵引动力混合变电所供电范围的分界点处，因此，除平交道口以及出入段信号机外，钢轨绝缘节、接触网分段绝缘器以及杂散电流防护系统的单向导通装置都设置在小站台附近。

出入段的电客车在平交道口的信号机前停车瞭望后，再次启动通过平交道口的过程中，受电弓滑过分段绝缘器时“拉弧”现象普遍，电客车受电弓经过小站台分段绝缘器的瞬间所产生的“拉弧”现象非常严重。

表1 是2008 年4—6 月出段侧小站台分段绝缘器拉弧统计数据，可以看出，受电弓“拉弧”的比例达到89%以上，拉弧现象比较普遍。

分段绝缘器“拉弧”导致其导流板经常出现烧伤现象，需要打磨和更换。该处分段绝缘器自投入运行以来因烧伤而更换导流板5 套，同时，“拉弧”也导致受电弓使用寿命降低。

2 原因分析

在多年持续观察的基础上，分析得出分段绝缘器“拉弧”原因如下：

（1）分段绝缘器两端存在电压差。由于分段绝缘器两端分别由胡家园变电所和车辆段变电所供电，经检测，在正线没有电客车运行的情况下，分段绝缘器两端有50 V 的电压差。如果正线有电客车运行，在电客车启动、制动以及距离该分段绝缘器的远近等情况下，分段绝缘器两端的电压差分别低于或高于50 V，具体数值因电客车载客量以及上下行行车密度有所变化，变化范围0～90 V。

受电弓慢行且取流大的情况下，在距离一端导流板很近时，电压差引燃电弧，由于两端弧根固定，又有较大电流支持电弧燃烧；在离开另一端时，电流又通过电弧持续给受电弓供电，同样产生较长时间电弧[1]。

由于出段的电客车在小站台附近信号机前需要停车瞭望，再次启动后，受电弓大电流取流通过该分段绝缘器与分段绝缘器两端存在电压差2 个因素相结合导致分段绝缘器无法“灭弧”，而出现“拉弧”现象。

（2）安装工艺问题。分段绝缘器安装工艺不满足现场实际情况的后果之一就是分段绝缘器本身成为“硬点”，所谓硬点就是电客车和接触网压力发生突变的点。当电客车的受电弓和接触网压力出现突变，将打破电客车受电弓平稳的受流状态，导致受电弓滑过分段绝缘器时产生“拉弧”现象。通过接触网动态检测车检测，该处分段绝缘器确实存在“硬点”，如图1 所示。

图1 用接触网检测车检测的出段侧分段绝缘器硬点波形图

分段绝缘器和分相绝缘器是造成接触网硬点存在的主要因素，根据现场经验形成接触网硬点的主要原因是安装问题[2]。

该处分段绝缘器的安装工艺存在2 方面的问题：导流板工作面与钢轨轨面不平行导致受电弓不能平滑通过；分段绝缘器“负重”。

（3）其他原因。如果分段绝缘器具备足够的“灭弧”能力，则“拉弧”现象将不会出现。考虑分段绝缘器两端如果没有电压差，则分段绝缘器的“灭弧”能力将会满足设计要求，因此，分段绝缘器两端的电压差和受电弓大电流取流通过是导致分段绝缘器“灭弧”能力不足的前因。

3 解决方案

3.1 克服安装工艺缺陷

由于分段绝缘器两端的“电压差”是与2 个相邻变电所的供电方式以及正线与车辆段供电负载的变化紧密相关，通过技术改造消除分段绝缘器两端的电压差在技术上是可行的，但是综合考虑“投入—产出比”，从接触网安全角度考虑避免引入新的故障点，同时考虑分段绝缘器两端的电压差需在设计范围内，因此消除分段绝缘器两端电压差的意义不明显。

至于提升分段绝缘器的“灭弧”能力，考虑分段绝缘器“拉弧”现象虽然普遍，但是产生后果是长期累积的过程，短时间内不足以危害电客车和津滨轻轨供电系统运行的安全和稳定，待该分段绝缘器临近使用寿命时可以考虑更换为“灭弧”能力更强的其他型号分段绝缘器。

综上所述，调整分段绝缘器使之更好与钢轨线路平行和对分段绝缘器上方电缆路径进行改造2个重点。因此，采用的克服方案如下：

（1）精简细修，使分段绝缘器符合钢轨线路的实际情况。

a.通过测量发现分段绝缘器的工作面高度应比两侧第1 根吊弦接触线高度高5～15 mm，顺线路方向的中心线应和受电弓中心重合；

b.经过测量，由于钢轨线路处于大半径曲线段，2 根钢轨不在同一平面内，导流板的工作面与轨面不平行，导流板与主绝缘衔接处过渡不平滑。

（2）对分段绝缘器上方的电缆路径进行改造。彻底改变分段绝缘器两端上网电缆的接线方式，将原先分段绝缘器上方的电缆连接位置转移并将分段绝缘器上方的承力装置更换成轻型材质，使分段绝缘器上方的压力解除，彻底解决分段绝缘器负重的问题，参见图2。

图2 分段绝缘器上方电缆改造前后对比示意图

3.2 效果观察

对分段绝缘器按照钢轨线路实际情况进行调整后，对每天“拉弧”现象比较集中的时间段经过1 个月的观察发现消除“拉弧”现象效果不明显。具体统计数据：观测次数508 次，其中“拉弧”次数为450 次，“拉弧”比例仍达88.6%。

而在每天相同时间段，观测分段绝缘器上方电缆改造后得到的数据（表2），可以看出，更改分段绝缘器两端上网电缆的接线方式，效果较明显，但是仍然无法彻底根除“拉弧”现象。

表2 改造分段绝缘器上方电缆后“拉弧”现象统计表

3.3 彻底解决“拉弧”措施

（1）受电弓匀速通过分段绝缘器。电客车司机从信号机前再次启动时，合理调整操控手法，使受电弓匀速（即受电弓不从分段绝缘器导流板取流）滑过分段绝缘器能杜绝“拉弧”现象，但是势必会增加司机的操控难度和工作强度，因此该方法实际上是不可行的。

（2）调整分段绝缘器安装位置。由于小站台位置已经固定，相应的信号机和钢轨绝缘节的位置没有调整的可能。由于钢轨绝缘节的位置固定，导致分段绝缘器的位置也无法调整。如果将分段绝缘器的位置调整到邻近接触网支柱附近，就会存在一段线路上电客车从胡家园变电所获取电能，而向车辆段变电所“回流”或与之相反的情况出现，这也是不允许的。同时，单向导通装置的迁移问题无法避免，所带来的改造工作量也不能忽视。因此，分段绝缘器实际上不具备调整安装位置的可能。

4 结语

2008—2010 年，津滨轻轨技术人员相继对小站台附近分段绝缘器进行多次检修、调整及改造，效果不甚理想，“拉弧”现象至今依然存在，经过理论分析和现场实践证明该问题无法彻底解决或者无法在合理的“投入—产出比”的前提下彻底解决。但是通过对分段绝缘器“拉弧”现象的分析和处理，深入了解小站台分段绝缘器“拉弧”现象的成因，积累了分段绝缘器安装调整的经验，同时也积累了对新建车辆段小站台选址、分段绝缘器的设计和安装以及选型的意见如下：

（1）小站台选址应尽量远离2 个变电所供电范围的分界点处。

（2）分段绝缘器尽量设计在钢轨没有超高的直线段线路上，以减少安装及维护人员工作难度。

（3）在出入段处尽量选择“灭弧”能力强的分段绝缘器。

（4）分段绝缘器上方避免出现负重情况，以免分段绝缘器成为“硬点”。

（5）出入段两侧分段绝缘器应位置对应，使出入段接触网停电范围一致，避免为维护检修以及事故抢修埋下安全事故隐患。

[1] 王绍普.接触网菱形分段绝缘器的故障分析与对策[J].铁道机车车辆.2009，（2）.

[2] 刘杰.分段绝缘器和分相绝缘器安装存在的问题探讨[J].电气化铁道，2001，（4）.