接触网分段绝缘器的故障分析及防范措施

摘 要：在“大运输”“大整备”的发展背景下。本文深入探讨了接触网分段绝缘器在运转场、货运线路、专用路线及机车维修线的常见故障，并对这些情况做了详细的解析与归纳，提出了一套包括管理策略和设备解决方案的管理措施。当前，我国已经拥有各种类型的接触网分段绝缘器，而如何有效处理其在运行过程中的故障已成为现阶段接触网检查与维护管理工作亟待解决的关键难题之一。接触网分段绝缘器主要用于机车的保养作业、货物的搬运操作以及特定的车辆进出仓库等场合，同时也能起到绝缘作用，对接触网进行周期性的检查和维修等工作。然而，由于我国铁路混合牵引和部分区段环境污染等因素，导致了绝缘元件的服役寿命大幅降低，维修的时间大幅缩减。

关键词：分段 故障 分析

1 绪论

目前，中国的铁路正处于高速发展阶段，电气化线路运营里程持续增长，列车开行时速显著提升，这已成为一个必然趋势。为了确保铁路安全、高效、准时、无意外运行，对其关键部件—隔离装置的性能提出了更高的需求。但是，目前各种类型的器件式分段绝缘器在运行期间都会出现一些故障，例如绝缘部件破损、与列车受电弓撞击等，严重缩短了其服役年限。这些故障不但会对车辆的日常运行造成严重的危害，而且还会对工作人员的身体和人身造成威胁，出现这些问题的原因一是由于接触网分段绝缘器工作的外部条件发生了巨大的变化；二是由于分段绝缘器本身所具有的缺点。

2 分段绝缘器的使用情况

接触网是架设在铁路线路上空向电力机车供电的特殊形式的供电线路，为确保牵引供电系统的稳定和可变性，同时为了减少故障的影响程度，我们需要对接触网设备按照区域进行电气分段，而分段绝缘器则是接触网进行电分段时经常采用的一种绝缘设备，分段隔离设备是一种特殊的隔离设备，它把两个邻近的接触线部分分隔开来，以便进行电力分区。该装置一般与隔离开关配合使用，通过独立开关实现对每一分段的切换，提高了接触网的运行稳定性与变化性。通常，在正常条件下，受电弓是带电通过分段绝缘器的，但是，如果某个区段出现了故障或者由于建设、检修等原因导致的停运，则需要断开该区段分段绝缘器上的隔离开关，使这一区域的接触网断开，而其它区域则可以恢复供电。

在电气化铁路区段，为保障车辆装卸人员、机车维修人员及其它工作人员的工作便利与人身安全，接触网在车站、装卸线、机车整备线、车库线、专用线、车站内各车站（如渡线）之间设置分段隔离装置，其主要功能是完成同相线路的电气分区以及当机车穿越区间分段时的负载传递。

3 分段绝缘器的工作现状

3.1 货线、专用线

当运输的货物量不断增加时，铁路装卸货物线中断供电的时间也在逐渐延长。此外，当两个工作间隔时间之间有较长的休息时间时，一些车站会在这段时间不闭合开设备，减少了操作流程。

3.2 机车整备线

随着运输需求的日益提升及列车数量的持续增长，机车整备线及货物装卸线的使用频率大幅度上升，即使是恶劣环境中，也必须继续执行工作。

3.3 机车出入库线

由于动力列车在出入库线路过程中频繁停车，因此，在运行过程中，由于列车的受电弓可能会滞留在区段的分段绝缘器上，造成了列车在起动过程中，直直接从区段的分段下方获得电流。

3.4 运转场

在车站等运行场所，往往有很多火车经停。同时取流时，多为重载车，其取流量很大，造成了隔离开关上的电压差异很大。在此条件下，为了获得电流，必须通过高电压差的分段绝缘器来实现取流操作。

4 故障原因分析及后果

根据分段绝缘器的实际运行情况及需求来看，它所面临的是恶劣环境下的运行，而这并不符合它的预期标准，这是导致分段绝缘器出现问题的主要因素。通过对问题产生机制的研究发现：设备的电气特性确保了它们能够稳定地运转，然而，当分段绝缘器发生故障时，大部分都是由绝缘部分的问题引发的，因此，影响到分段绝缘器功能的关键因素就是削弱了这些设备的电气特性。对此，我们总结出以下几点可能的原因。

4.1 绝缘滑道与受电弓炭滑板磨擦并附着炭粉，导致绝缘滑板出现闪络击穿的情况

当电力机车受电弓通过分段绝缘器时，虽然可能会有一些碳粉附着在绝缘滑动片的底面，但是因为碳并非良好的导电材料，而且其绝缘滑动条比较长，所以在很短的时间里，绝缘滑动片的漏电流一定会增加，但是不会发生破坏。在互相磨擦了很久之后，当绝缘滑板下面的保护层被磨损掉之后，暴露出纤维结构，并在这些区域形成横向裂缝，这使得炭灰能够慢慢堆积于此，从而使泄漏电流变大，但仍不至于对地耐压时闪络击穿。在极端环境如雷雨天气，水珠会在滑板表面积累，然后顺着纤维方向渗透至底部，进入并且停留在纤维裂痕处，与炭灰一起构成了导电路径。此时，就会发生突发的闪络现象，最终导致设备跳闸。

4.1.1 在分段绝缘器压差较大情况下，电力机车受电弓缓慢通过大电流烧断了绝缘滑

电力机车在运行缓慢并存在大量取流的情况下，如果与一侧导流板非常接近，则可能引发电弧，因为两个弧根是固定的并且具有强大的电流来维持其燃烧。然而，一旦车辆远离另一个方向，电流会继续为受电弓提供电力，从而导致更长的电弧时间。当电弧的热量足以熔化和拉长绝缘滑板，使得它的载荷降低到低于导线的张力水平时，它会被撕裂。这种现象通常发生在运转场或压力差异大的上行和下行渡口之间。

4.1.2 机车闯分段

当机车带电驶入无电区时，如果受电弓恰好靠近桥式绝缘子，就会发生电弧灼烧接触侧的绝缘滑道，相当于缩短了绝缘距离。

无电区起弓后，若弓网处恰好处于集流状态，则会使其与集电槽间的绝缘间距变小，极易发生燃弧，从而使接触端的绝缘滑动条烧毁。

这两种情况都是由于驾驶员的错误而引起的，这些故障都会引起装置断电，从而引起重大损失，甚至引起绝缘滑动。

4.1.3 混合牵引和环境污染的影响

在采用混流方式运行的区段式绝缘装置，如果经常接触柴油机车排出的高温尾气，其绝缘等级将快速下降。此外，对环境的影响还会大幅缩短绝缘子的寿命和维护周期，尤其是在铁路线旁的水泥工厂或矿区所产生的灰尘污染中，这些灰尘会慢慢地附着于绝缘子上并随着下雨天的到来变成导体路径，从而引发短路放电现象，导致设备断电。

4.2 吊弦安装不规范

一般情况下，接触网的承力索和接触线并不位于同一垂面上，通常是斜链结构。这导致了绝缘器的吊弦长度在其两边有所不同，从而使得它们的负载能力也各有差异。有可能其中一侧的吊弦承受更大的压力，进而让绝缘器的工作平面无法与其轨道保持水平，即便从视觉上看似乎是这样。然而，一旦电力机车的受电弓经过此处，因为吊弦的不均衡拉力，可能会引起绝缘器产生偏移，影响受电弓在绝缘器处的平稳过渡。

4.3 分段绝缘器安装高度过大

分段绝缘器作为一种集中的电气设备部件，分段绝缘器的品质主要体现在其与接触线接合的地方，这会因为自身的重量而导致接触线出现显著的下降弧形，从而使得分段绝缘器形成一个大硬点。为了避免这种情况的发生，所有的分段绝缘器都要求安装的高度要超过接触线的高度，例如瑞士的分段绝缘器已经设置了高达70mm的高度差。这种设计可以确保当受电弓经过的时候，它的运行轨迹能保持与提升后的接触线相同的高度。但是，根据实际测试结果显示，对于速度不超过80km/h且接触线张力未超出13kN的线路来说，受电弓能够实现的最高抬升幅度仅有大约30mm～40mm，而且这个数值在悬挂点的位置还会更加减小，同时，电力机车的行驶速度通常较低，所以它们对接触线的抬升力度也会相对较弱。这就意味着，假如我们把绝缘器安装得太高的话，则受电弓将在瞬间产生一个向上的冲击分量，进而引发打弓现象。

4.4 分段绝缘器的导流铜滑道和绝缘滑道高度并不一致

尽管绝缘器的导流铜滑道和绝缘滑动一般是在施工现场装配，然而因为受到场地环境和操作人员技能的影响，它们之间的连接往往不够顺畅且高度不同。曾经发生在神朔线的例子就是，因其分断绝缘器中绝缘滑动轨道的高度设置得太低，导致了在车辆运行速度为20公里每小时的时候产生了严重的打弓情况，硬点值达到了30g。

4.5 分段绝缘器的安装调整存在方向性的错误

经过检测车检测的结果显示，我国普遍采用的菱形分段绝缘器在装配过程中往往出现错误的方向设置。当电力机车正面行驶过这些设备时，其运行相对稳定且承受的冲击较轻微，然而，若电力机车反向行驶时，它会遭受较大的冲击并产生明显的打弓效应。例如，在外福线上位于福州站六道的这个装置，如果检测车以20至30公里的速度正面行进，那么它的冲击加速度约为6g至8g，但如果是逆行的话，就会达到15g至18g。根据研究结果表明，这种差异主要是由分段绝缘器的位置决定的。通常情况下，分段绝缘器一般安装在悬挂点附近，因为此处的静态弹跳幅度较高，导致了两侧接触线的弹性有区别。一旦电力机车分别自这两个相反的角度穿过，它们对于接触线的提升力度也会有所区别，从而使得接触线的上升高度发生变动。在正常情况下的提升程度较低，即电力机车从接触线转移到分段绝缘器的导引角度更小，所以产生的冲击也就越小。而在反向行驶中，接触线的提升程度更高，同时电力机车从接触线转换到分段绝缘器的导引角度更大，这就造成了更大的冲击加速度。

4.6 安装采用的紧线器不标准

经过对多个线路的检查分析，我们注意到许多地区选择利用装配有下锚功能的紧线器来完成分段和分相绝缘器的安装调试工作。然而，这种方法可能导致紧线器过度拉伸并损坏接触线，从而产生人为的接触线硬点区域。所以，建议使用专门设计的安装设备以确保接触线被牢固地固定，以便于实施分段绝缘器的安装过程。

总之，分段绝缘器故障的表现形式是多种多样的，除去人为因素外还存在自然老化损坏、外界破坏、恶劣天气等等，故此在供电系统中安排对其定期巡视，已排除其明显故障或未表现的故障。

5 解决对策

5.1 加强清扫维护

针对列车的装载量及周边环境的污染情况，需加大对关键部位的绝缘元件的清洗，并减少其清洗时间，尤其要采用丙酮对粘有大量碳粉的绝缘滑板底面进行高效清洗。

5.2 加强分段绝缘器使用的管理

要采取行之有效的措施加强供电部门、车站及机务段员工对其工作状况的认识与了解，同时要严格按规范要求的操作规程进行操作，以保证其在良好的运行工况下运行。此外，我们也应该提升电力机车司机正确的操控技巧，防止列车在分段下方停车或获取电能，避免发生闯分段的情况。

伴随着铁路运营需求的持续转变与高速发展的电气化轨道系统，对于接触网电分段设备的要求变得愈发复杂。透过深度研究分段绝缘器的缺陷问题并评估其功能表现，提出有效的解决办法，这有助于推动我们积极开发或引入新的分段绝缘器技术，同时也能更有效地管理现有的设备，从而提升电气化轨道牵引供电系统的设备及管理的质量。

5.3 现阶段可采取的有效措施

5.3.1 加强日常培训

由于各种导线所采用的绝缘材料种类不尽相同，因此，要进行分段隔离是一件很有难度的工作。因此，在施工前，要有专门的技术人员对施工工艺进行研究，对施工人员进行技术指导，合格后方可上岗。

5.3.2 合理设置分段绝缘器

在接触网的设计中，既要兼顾维修断电的便利性，又要减小事故的停电区域，还要兼顾机车、动车组的正常运转以及调车操作的需求。

5.3.3 接触网分段绝缘器的设计建议

接触网分段绝缘器发生故障很大程度上和设计用一定的关系，因此，管理人员在实际工作中必须重视设计管理，可以减少器件式分段绝缘器的数量，采用绝缘锚段关节进行连接，或者采用先进的分段绝缘器，这些都是值得考虑的设计建议。

5.3.4 研制高可靠性绝缘器

通过研究发现，我国使用的分段绝缘器在安装的平稳性、受电弓所受的冲击加速度等方面都比国外的绝缘器可靠性差，这极大地损害了弓网系统的运行品质，所以研发新型分段绝缘器是必要的。

5.3.5 使用水平尺

在每次安装完绝缘体后，必须使用适当的水平尺来对绝缘体工作区进行仿真，以保证触点的稳定性和各部件之间没有硬点。有些不平的灭弧角，可用专门的用具打磨平整，若不能需拆卸后重新安装调试。

5.3.6 分配好分段两侧吊弦的力

要小心地把分段两侧吊弦的力分配好，以保证各节间的绝缘体都能承受均匀的应力。这样的话，当电力机车受电弓通过时，也不会发生偏离。在设置分段绝缘器时，应对靠近跨中线的应力进行合理调节，将绝缘体固定在直截面上，将斜链型悬挂变为直链式，增加导线的弹性，这样就能保证绝缘体两端的应力均衡。

6 结论

对于接触网设备的管理来说，关键部分的运行与维护始终是较为脆弱的部分，我们必须持续地研究并积累经验。而分段绝缘器作为一个重要的接触网设备，在发生故障时能够达到局部停电要求、缩小故障范围的重要作用，然而，由于分段绝缘器的失效导致接触网的事故，这为铁路运输带来了巨大的经济损失，并对交通秩序造成了严重的破坏。因此，处理分段绝缘器的问题已经成为牵引供电系统的核心任务之一。现在，各个部门都针对这个问题实施了一些应对策略，预计通过强化常规管理的手段，制订维修流程及规范，把分段绝缘器的检查纳入常态化，同时提升设计的准则和施工的标准，以防止问题的产生，这样就能有效解决牵引供电接触网系统中因分段绝缘器引发的弓网事故，确保电气化铁道的供电运行安全。

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