探析降低接触网绝缘闪络危害的解决方案

熊焱球

（南昌铁路局福州供电段，福建 福州 350013）

探析降低接触网绝缘闪络危害的解决方案

熊焱球

（南昌铁路局福州供电段，福建 福州 350013）

文中通过描述绝缘闪络的现状和危害，深入分析绝缘闪络产生的原因，提出了有效降低接触网绝缘闪络的解决方案，对现场具有很好的指导意义。

接触网；绝缘；闪络；方案

1 引言

高速铁路以其快速、便捷的特点已成为人民群众十分重要的交通工具。作为为高速铁路提供动力的供电系统，一旦出现故障，高速铁路的运行即刻停止，影响十分巨大。2016年，在属于供电原因造成故障的部分，其中绝缘闪络击穿占到了61%。为此，针对接触网绝缘闪络这一问题，深入分析造成的原因，制定解决的措施，显得十分必要和紧迫。

2 绝缘闪络的现状和危害

由于高速铁路采用AT供电方式，绝缘子主要为平斜腕臂棒式绝缘子、AF棒形绝缘子、支持绝缘子、下锚悬式绝缘子等，绝缘设备比普速铁路数量更大，这也增加了绝缘击穿的风险，按材质分主要为瓷绝缘子和复合绝缘子。在南昌铁路局福州供电段管辖区域内，每年换下的绝缘子数量不少，如杭深线近几年发生绝缘闪络的绝缘子已换下近30个。一旦发生绝缘子闪络击穿，一是引起跳闸，每次跳闸至少造成两趟动车限速；二是增加应急处置难度，有些绝缘闪络能够自恢复，跳闸后自行灭弧，但是需要耗费维修天窗去查找跳闸点，对于无法恢复的绝缘击穿，将作为隐性故障点存在，由于外部特征不明显，查找的时间将很长，严重影响动车运行；三是绝缘表面形成放电通道后，其表面的火花、电弧会造成绝缘表面的过热甚至碳化，最后会使绝缘强度受到损坏，使用寿命就会降低，造成击穿和跳闸。

3 绝缘闪络产生的原因和分析

绝缘闪络造成的原因很多，受自然环境的影响较大，发生地点较为随机，除了雷电、动物短接等原因，造成闪络的因素如下：

3.1 污秽影响和湿度的关系

等值盐密（ESDD）和等值灰密(NSDD)是当前表征电气设备外绝缘污秽程度的关键参数。等值盐密指的是外绝缘单位表面积上的等值盐量，等值灰密是指外绝缘表面单位表面积上附着的非可溶沉积物。当ESDD和NSDD越大时，污秽越来越严重，绝缘表面发生闪络的可能性就越大，但是这不是绝对的，它还受到相对湿度RH的影响。

取实验条件如下：ESDD为0.1mg/cm2、NSDD为1.5mg/cm2、RH=25%时。通过实验得出下图1的泄露电流波形，由图形可以看出，当绝缘部件的表面比较干净或者污秽物相对干燥时，泄露电流的值是比较小的，绝缘表面也形不成放电通道，显示的波形整体等同于正弦波，一些变形主要是受谐波干扰引起。

图1 污秽干燥情况下泄漏电流波形

当RH=50%时，相对湿度加大，一些在污秽物中的导电物质开始溶解，从而泄漏电流逐渐增大。当RH=60%时，从下图2波形可以看出，由于电弧放电使波峰出现了变化，污秽物的水分含量越来越大后，一些导电的污秽物不断溶解，干带进一步减少，泄露电流越来越大，形成局部的放电通道，出现了局部放电的现象。

图2 污秽干燥情况下泄漏电流波形

当RH=70%时，IL在波峰处出现剧烈的电弧放电现象，由于随着污秽等级的升高，电弧长度增加（见下图3）。因此，IL随着绝缘子表面污秽度和RH的增加而增加，且存在非线性关系。

图3 污秽干燥情况下泄漏电流波形

灰密对泄漏电流幅值的影响，也与相对湿度有很大关系。当相对湿度较低小于70%时，相应的泄漏电流大小的变化不大，这时泄漏电流的大小与灰密的关联度不大；当相对湿度大于70%时，且相对湿度一样时，一旦灰密越大，其泄漏电流随之增大，这时泄漏电流与灰密的关联度越大。

3.2 污秽影响和温度的关系

通过实验，温度范围在20～35℃时，虽然绝缘子表面的灰密、盐密不同，但是外绝缘的泄漏电流大小基本一致，这时温度即使变化，其泄漏电流也没什么改变，泄漏电流与温度的关联度不大；温度开始大于35℃且小于50℃时，一旦温度越来越大，泄漏电流将急剧增大，这时泄漏电流的大小与温度的关联度很大。

还此外，外绝缘表面的泄漏电流与温差有很大关系。温差大时，绝缘子表面容易受潮，从而使一些可溶污秽物溶解形成放电通道，特别是靠近环境露点温度时，更容易出现放电现象，一旦到达露点温度，放电现象就特别明显[1]。

3.3 影响憎水性的因素

对于硅橡胶绝缘子来讲，憎水性、自洁性是它的优点，影响硅橡胶绝缘子憎水性的原因很多，比如雾雨天气、污秽物的酸碱度及温度变化情况等。

硅橡胶绝缘子在运行过程中，容易发生闪络的地段主要在湿度较大的靠近河流、田地的地段[2]，还有一些厂矿等污秽较严重的地段，容易发生闪络的时段往往集中在下半夜，这时温差较大，容易形成凝露。

由此可见，当温度低时，硅橡胶的憎水性会变差，其表面的干带会减少，容易形成可溶性物质溶解的条件，一旦导电物质溶解，泄露电流便产生，最后容易形成放电通道，从而发生闪络现象。但这种闪络现象是可逆的，一旦温度回升，硅橡胶的憎水性变好，表面的干带增加，闪络现象会逐渐消失。

硅橡胶的憎水性还和所处环境的酸碱度有关，比如在离海边近的地区，当相对湿度大时，硅橡胶表面附有碱性的污秽物，这是其表面的憎水性也会更差。

3.4 绝缘材料的工艺和材质的影响

一是在工艺方面，绝缘材料的闪络电压与其表面的制作工艺息息相关，特别是绝缘材料表面的粗糙度、整体轮廓结构很有关系，如果绝缘釉面光滑没有毛刺、破损等问题，沿面闪络电压会提升。二是材质方面，材料的亲水及憎水基团等级要够，通过在绝缘表面涂上半导体涂层也可以加大沿面闪络电压，减轻闪络对绝缘表面的损坏；还有通过等离子体处理，材料的性能会发生改变，也可以增加沿面闪络电压。三是材料的老化也是一个致命的因素，特别是硅橡胶绝缘子，由于数年的运行，硅橡胶材料容易严重老化，表面粉化、硬化、龟裂现象比较严重，伞裙表面憎水性几乎丧失。

4 解决绝缘闪络的方案

（1）建立外部环境采集系统。从以上分析看，温度和湿度是污秽物质造成闪络的关键因素。一是建立湿度采集系统，首先人工现场调研管内各个时段湿度情况，选择在一些湿度较大地点安装带远传功能的湿度采集器，将信号回传生产调度和车间的终端设备上，当湿度超出70%时发出提醒信号，一可以作为发生绝缘闪络可能性的判据之一，二可以作为开展动车或机车添乘的启动因素，最好安排在夜间添乘，可做到提前预防，发现轻微闪络现象时就提前安排天窗进行处理；二是由于天气预报的温度采集点与接触网设备现场并不相符，存在很大误差，通过现场安装温度采集器，当温度超过35℃时和温差较大时及时发出预警，能为工区日常巡视和查找故障提供参考。

（2）细分污秽等级。由于当前对污秽区段的判断主要局限于沿线污染源、接触网设备是否脏污、腐蚀等现象，无法涉及到一些隐性的污染源，当发现时设备隐患已经出现，甚至故障也已经发生，需要提前监测设备周围环境的受污染状况，定期采集设备自然形成的污秽物，并送实验室分析，得出盐密、灰密等关键参数，从而划分该区段的污秽等级，有针对性的确定合理的检修周期和巡视周期，对于污秽严重的地区要制定专项的监测监控和清扫维护要求。

（3）采用必要的安全措施。一是对于产生严重污闪的设备，采用以室温硫化硅橡胶为基本原料的RTV涂料，增加其沿面闪络水平和绝缘水平；二是制定复合绝缘子检查的专项措施，特别是在沿海地区、盐碱地或碱厂附件的复合绝缘子，要缩短检修和巡视周期，考虑到温度和温差因素、憎水性影响，隧道外尽量不安装复合绝缘子；三是对发现绝缘表面存在粉化、龟裂等老化现象时，要及时更换，必要时送检，根据检验结果制定更换方案。

（4）做好材料质量的把关。一是做好材料的上线把关，特别要做好对绝缘设备表面粗糙度的检查，对金属件与绝缘件结合部不紧密、瓷釉面和硅橡胶伞裙等部位不光滑，还有伞裙有轻微破损的一定要退回厂家，这样有利于提高绝缘子的闪络电压；二是对已上线的材料，要建立材料使用跟踪系统，按厂家、型号、批次建立材料的安装位置和运行状况，一旦发现隐患就对同批次的安装在现场的材料进行专项检查，做到举一反三，既可以做到杜绝“别人生病我吃药”的情况出现，也不至于漏排查一些材料。

（5）提高抗雷水平。雷击环境下容易对原本轻微污秽的绝缘设备造成击穿，这需要提高设备的抗雷水平。一是适当增加接触网避雷器的设置地点，特别是在高架桥等地段的F线上，还有高路基、电缆与架空线的转换处，长度超过2000mm的隧道口处等，都可以增设；二是采用差异化防雷措施，对高雷区和重雷区，应采用全线架设避雷线的方式，对非高雷区和重雷区可采用避雷线或避雷器；三是要定期统计雷击状态下避雷器动作次数和该区段的绝缘击穿情况，不断积累雷击信息，建立雷击分析制度，针对性制定防雷措施。

（6）开展绝缘状态的监测工作。由于铁路点多线长，既有线部分地段无法直接到达，高铁只有在线路封锁后才能到达现场，提高自动监测水平尤为关键，可采用绝缘闪络在线监测系统[3]，系统的主要组成部分是前端检测设备、中央控制电路、终端显示设备、无线接收装置等。前端检测设备安装在支柱上，一旦发生绝缘闪络，相关电流信息会通过无线装置传送，通过中央控制电路进行分析，及时发出报警信号，同时显示定位信息，生产调度就可立即安排巡视等应急处置工作，提前消除闪络隐患。对于接触网一个锚段的绝缘部件较多的现场，可按照通过现场充分调研采用分点布设的方式，提高绝缘监测的性价比和实际效果。

[1]戴罕奇，梅红伟，周志成，赵晨龙，土黎明，贾志东.绝缘子污层受潮过程中湿度和温差的作用[J].高电压技术.2012.

[2]孙伟忠.温度、酸碱对复合绝缘子憎水性的影响[J].云南电力技术.2016.

[3]黄会贤，陈新岗，汪能文，袁兴旺，古亮，马志鹏，陈果.输电线路绝缘子闪络在线监测系统[J].重庆理工大学学报.2013.

Discussion on Solution to Reduce Damage of Insulation Flashover of Contact Line

XIONG Yan-Qiu
(Fuzhou power supply section of Nanchang Railway Bureau, Fuzhou 350013, Fujian, China)

In this paper, by describing the current situation and harm of insulation fl ashover and deeply analyzing the causes of insulation fl ashover, the solution to reduce the insulation fl ashover of contace line is proposed, it has very good guiding signi fi cance to the scene.

Contace line; Insulation; Flashover; Solution

2017-04-17

熊焱球，男，南昌铁路局福州供电段，工程师