绝缘护套使用效果分析及其解决方案的探讨

陈立宾

绝缘护套使用效果分析及其解决方案的探讨

陈立宾

以现场实际案例以及绝缘护套电气试验为例，分析了其在运行中存在的安全隐患，并对使用预绞式防异物装甲的替代方案进行探讨并做出相应试验论证。

接触网；绝缘护套；预绞式防异物装甲

0 引言

铁路系统中，为防止外部环境对接触网设备的影响，目前在跨线桥、隧道口下方的导线线索普遍采用聚烯烃绝缘护套进行包扎防护，但从实际运用效果来看，其存在的安全隐患往往将引发更严重的后果。鉴于此，下文从绝缘护套实际运用来分析其老化问题、从电气试验上分析其绝缘性能，重点对异物搭接导致的高阻接地问题进行剖析。同时，通过短路试验对替代方案的可行性进行论证。

1 高铁接触网绝缘护套使用概况

绝缘护套作为供电行业防护外界干扰的措施之一，在桥梁、隧道、明洞、站场天桥（人行天桥）、距接触网带电线索垂直距离小于2 m的上跨构筑物渗漏水点等处，其下方的接触网承力索、供电线、正馈线、加强线、回流线、保护线均可采用绝缘护套进行包扎防护。

目前市场上存在2种类型绝缘护套，一种是硅橡胶绝缘套管，耐磨强度低、抗腐蚀性较差；另一种是聚烯烃绝缘护套，耐磨损、耐腐蚀、疏水性相对较好，易于安装。目前广州铁路集团长沙供电段管内高铁广泛采用的是聚烯烃绝缘护套。

因铁路接触网长年露天裸露，易受外部环境的干扰，尤其上跨构筑物（如桥、隧道、明洞、站场天桥等），一旦异物搭接，极易导致停电故障发生，通过加装绝缘护套可以降低异物坠落、漏水、冰凌等引发的跳闸停电。

目前，长沙供电段高铁管辖范围内上跨构筑物（桥、隧道、明洞、站场天桥等），其下方的接触网承力索、正馈线、保护线均采用绝缘护套进行包扎防护，详细情况如表1所示。

表1 绝缘护套安装现状统计表

2 高铁接触网绝缘护套使用存在问题分析

2.1 绝缘护套引起的烧损断线问题

2012年，在武广线某隧道口处，曾经有因大风将附近的断树枝刮落，断枝长时间搭接在PW线与套有绝缘护套的F线间并引发断线故障的情况。

（1）采集现场的故障录波。如图1所示。

由图1波形可以看出，故障跳闸时刻之前一周波存在一定的幅值，通过分析其电流最大值约700 A左右。也就是故障点在绝缘套管完全击穿前，放电发展到了比较大的电流。最终故障点在绝缘套管彻底击穿后，电流飙升至4 000 A左右，启动所内保护跳闸。

图1 故障录波曲线图

（2）变电所的高阻保护。在当前牵引供电系统保护中，高阻接地产生的短路电流很小，远小于电流增量的整定值（武广线原电流增量定值在 1 237 A，时限2 s），因动车负荷特性与高阻接地特性接近，一般情况下，安装在所内的继电保护装置无法区分线路存在高阻还是动车取流。所以高阻接地保护往往无法正常启动出口。

（3）绝缘护套电气性能试验。从烧伤痕迹可看出，该类绝缘护套，为了安装方便，在结构上采用卡扣设计，并使爬电距离有所增加，但无法达到真正绝缘的爬距。因此，现场选择新的绝缘护套以及运行了5年的绝缘护套各一段，进行工频交流耐压试验。新的绝缘护套，干闪击穿电压35 kV，湿闪电压仅32 kV。旧的护套试验电压：干闪电压28 kV，湿闪电压18 kV击穿。在异物搭接护套处接触网线索首先产生微弱放电，随着异物搭接时间的增加，放电电弧使得护套绝缘性能下降，同时在被包裹的线索与异物之间也将产生沿面放电，导线表面在电弧高温作用下，也将逐渐烧损。

检查烧损的绝护套（图2），试验短路点已明显烧伤，绝缘护套开口处可见明显的爬电烧伤痕迹。可见绝缘护套击穿是因为沿面爬电，护套绝缘被破坏同时电弧高温对线索有严重的烧损。因此绝缘护套不能作为线索的全绝缘使用。

（4）高阻接地的形成。在异物搭接到套有绝缘护套的高压线上时，绝缘护套本身具有的绝缘性能限制了短路接地的电流。因此异物搭接在护套绝缘处将形成较高的电阻，该类故障属于高阻接地。

图2 绝缘护套击穿例图

综上，故障点的烧损情况原因分析如下：

当时隧道口现场使用的绝缘护套为卡扣式结构，经过2年多的运行，绝缘护套存在脏污、且卡扣不密贴等情况。树枝搭接绝缘护套后，一开始泄漏电流很小，故障点呈现高阻接地性质，无法启动变电所内的保护装置，所以并没有马上跳闸。而随着时间的增加，F线上树枝搭接部位产生的电弧放电变得愈发严重，电弧产生的高温逐渐烧熔线索（此时短路电流增加到700 A左右），此时变电所内保护并没有启动。短路电流越来越大，断股数量逐渐增加，故障点前后经过10多分钟的缓慢放电发展，最后绝缘护套击穿，高阻接地突变成金属性接地故障（电流突升至4 000 A），变电所内保护启动出口跳闸，但为时已晚。在数千安培电流强电弧的作用下，故障点残存绞线的线芯彻底被烧毁，引发了严重的断线事故。

其发展流程如图3。

图3 加装绝缘护套的故障发展流程图

综上所述，由于使用绝缘护套后，异物搭接将导致高阻接地的发生，变电所保护装置在故障发生早期无法正常及时启动，该过程的发展经历一个较长的发展过程，并给导线带来严重的安全隐患，一旦保护启动则说明现场已发生较严重的后果甚至断线事故。因此，在长时间的异物搭接的情况下，绝缘护套实际上不但不能避免停电故障发生，反而可能引发更大的风险。

2.2 绝缘护套的老化影响行车运输安全

绝缘护套理论上使用年限20年，但在实际使用过程中基本上5年就存在一个较大的寿命衰减期，且从现场反馈的问题来看，其老化的发生将给正常行车运输带来较大的安全隐患。

3 解决方案

根据现场运营经验以及上述分析，绝缘护套的使用虽然在一定程度能起到保护线索以防受到机械性损伤的作用，但异物搭接形成的高阻接地反而容易促使更大故障的发生；另一方面其绝缘护套老化也给运行带来了较大的安全隐患，故其存在很大的局限性。为了减小线索烧损，应在短路故障发生时能立即启动变电所保护动作，从而快速切除故障。同时，为避免短路电弧对原线索的损伤，采用预绞式防异物装甲来加强线索的机械、电气防护性能，减小故障点电阻以增加短路电流，使故障点能快速被切除。实践过程中，笔者发现加预绞式防异物装甲可以提供较好的防护。以下，就使用预绞式防异物装甲的可行性进行分析。

3.1 用途及特点

预绞式防异物装甲在一定程度上可用来保护导线免受磨擦、电弧或其他损伤，它具有磨损小、防滑移、防松动、耐腐蚀性能好、安装简单等特点，且通用性能强，一般来说，可用与导线相同材质的材料来定制，从而也确保预绞式防异物装甲与导线间不会发生电气腐蚀。

3.2 电气性能分析

（1）预绞式防异物装甲采用与导线相同材质，具有良好的金属导通性，不会发生高阻接地，因此其故障发生过程简单，一旦接地会直接引发所亭保护装置动作，发生故障跳闸。

（2）根据《铁道学报》2008年“弓网系统电弧侵蚀接触线时的热分析”一文，利用数学模型，对导线的温度变化进行了研究，结果显示其电弧作用时间12 μs时，温度到达1 100℃，超过铜的熔点。但是，当异物掉落搭接时，产生短时电弧作用在护线条表面，电弧熔掉的只是其外层较小的深度，与此同时，较大的短路电流足以启动所亭保护装置动作，在对承力索本体造成烧伤前可通过保护出口迅速切除故障点，避免对线索本体造成更严重的伤害，从而起到保护作用。

（3）对电气防护性能的影响。笔者针对不同线型的预绞式防异物装甲进行了短路试验，具体试验和结果如下：

a.短路试验1。使用95预绞式铜保护条安装在70铜承力索上进行短路试验，试验结果：当导线接触承力索短路时，有明显电弧产生，短路导线熔断，预绞式保护条熔断80%，承力索严重损伤（图4）。

图4 普通预绞式保护条短路试验1例图

b.短路试验2。使用70预绞式铜保护条安装在70铜承力索上进行短路试验，试验结果：接地短路线被烧断，护线条有烧损情况，但没有熔断，起到保护承力索作用（图5）。

图5 护线条短路试验2例图

通过上述2个短路试验的结果看出，普通护线条与导线型号不匹配将导致护线条对导线的握力不足，根据电磁原理分析，当握力不足时，会增大电弧，当电弧增大到空气灭弧极限时，电弧将导线引燃，从而导致导线及护线条损坏。因此，只有采用预绞式防异物装甲且线型与导线相匹配才能真正起到有效的防护效果。

3.3 预绞式防异物装甲安装对接触网结构的影响

以承力索安装铜合金预绞式防异物装甲为例，选取一跨加装护线条4组共8 m，对安装前后定位点处及2根吊弦进行测量，其结果如表2所示。通过安装前后的复测发现，导高变化主要在4～5 mm间，说明加装8 m护线条后对接触网导高的变化影响是有限的，则线索上安装预绞式防异物装甲时，以防护点断面为基准，向两侧各延长安装5 m，对接触网的结构影响是有限、可接受的。

表2 护线条加装前后导高变化对比表 mm

4 结语

综上所述，线索使用绝缘护套无法完全做到绝缘隔离，反而可能使故障更加严重，导致导线烧伤甚至断线等事故的发生；因此，笔者建议取消绝缘护套，并同时采用具有良好的机械防护性与电气性能且适用于导线型号的预绞式防异物装甲，对原导线的防护简单有效。

On the basis of site actual cases and examples of insulation sheath electrical test, the safety risks existed in operation are analyzed, an alternative solution by adopting pre-stranded foreign matter proof armour is discussed, and relative tests and illustrations are made as well.

Overhead contact system; insulation sheath; pre-stranded foreign matter proof armour

U225.4

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：1007-936X(2016)03-0022-04

2015-06-02

陈立宾. 广州铁路集团公司长沙供电段，工程师，电话：18807412758。