接触网分段绝缘器的故障分析与对策

分段绝缘器的故障分析与解决办法
摘要：本文针对接触网分段绝缘器在运转场、货线、专用线、机车整备线经常出现的故障，进行了细致的分析、总结，提出了管理上、设备上的对策方案。

关键词：分段绝缘器故障分析
接触网分段绝缘器是在同相供电的不同供电单元间的不影响电力机车运行的电气分段设备。

使用在机车整备线、货线、专用线上实现停电整修机车或装卸货物；使用在机车出入库线、运转场、上下行渡线实现分段停电进行接触网检修。

在电气化铁路混合牵引、部分地段环境污染严重的情况下，分段绝缘器绝缘部件的使用寿命受到了极大的影响，检修维护周期也被迫大大缩短。

随着电力机车数量的不断增多、货物装卸量的不断增大，分段绝缘器出现的故障频率越来越高，并且直接影响机车整备人员和货物装卸人员的人身安全。

目前，国内电气化铁路出现多种分段绝缘器，但安装最多的是菱形分段绝缘器，分析并解决该类型分段绝缘器在运行中的故障是目前接触网运行检修管理需要解决的一个重要问题。

一、分段绝缘器的使用及故障情况
（一）分段绝缘器的工作要求
分段绝缘器的使用说明书明确要求分段绝缘器不应安装在各类机车停靠点处，也就是说机车不应停靠在分段绝缘器所在位臵。

《接触网运行检修规程》规定：分段绝缘器不应长时间处于对地耐压状态，尤其在雾、雨、雪等恶劣天气时，应尽量缩短其对地的耐压时间，即当作业结束后应尽快合上隔离开关，恢复正常运行。

分段绝缘器的桥式绝缘子是化学有机绝缘子；绝缘滑板内部是高强度化学纤维，外部是绝缘保护层。

分段绝缘器绝缘原件的机电性能如下：
（二）分段绝缘器的工作现状
1. 机车整备线
由于机车数量和周转量的不断增加，机车整备线的使用频次大为增加，即便在雨、雪、雾等恶劣天气条件下，还需要整备车辆。

客观上造成整备线接触网接地、分段绝缘器承受对地耐压的时间越来越长，甚至在恶劣天气下，分段绝缘器仍然要长时间对地耐压。

2．货线、专用线
随着货物装卸量越来越大，货线、专用线停电时间也越来越长。

同时，由于部分车站存在在两次装卸作业时间间隔较大的情况下不闭合隔离开关，简化作业手续的情况和恶劣天气条件下装卸货物的情况，造成装卸线接触网接地、分段绝缘器长时间承受对地耐压，甚至在恶劣天气下，分段绝缘器仍然要长时间对地耐压。

3．机车出入库线
由于电力机车经常在出入库线停留，有时受电弓恰好停留在分段绝缘器位臵，机车就在分段绝缘器下方启动时取流。

4. 运转场
运转场往往停有多列列车，当多列车都在取流时，由于多为重载车辆，取流大，引起分段绝缘器两端电压差较大。

机车在大取流情况下，通过高压差的分段绝缘器。

（三）分段绝缘器的故障形式
现场出现的分段绝缘器故障主要是绝缘部件故障，根据表现形式可以分为显性故障和隐性故障。

显性故障可以明显看到绝缘器构架遭到破坏：通常为一根主绝缘板断裂，绝缘器被拉直，有时桥式绝缘子被烧损变形、甚至在一侧断裂。

绝缘器的隐性故障则表现出架构完整，有时只能在特定环境下才能构成故障，主要是：绝缘强度降低，绝缘滑道底部爬弧严重，停电线路有网压，甚至恶劣天气造成绝缘滑道击穿，
引起跳闸。

二、故障原因分析及后果
从分段绝缘器的工作要求和工作现状可以看出，分段绝缘器工作在不利的环境中，其工作现状并不能满足工作要求的条件是造成分段绝缘器故障的主要原因。

从故障产生的机理来分析：绝缘元件的机电性能保证了其正常工作的状态，由于分段绝缘器故障主要是绝缘部件故障，所以造成分段绝缘器故障的主要原因是破坏了其具有的机电性能。

具体分析有以下几个方面的原因。

1．绝缘滑板受到受电弓炭滑板磨损和炭粉附着，恶劣天气条件下闪络击穿。

绝缘滑板在受电弓炭滑板摩擦情况下，首先会有少量炭粉附着绝缘滑板底部，但由于炭并不是电的良导体，绝缘滑道又长，短期内绝缘滑板的泄漏电流有所增大，却不会在对地耐压时被闪络击穿。

随着长期的机械磨损，绝缘滑板底部的保护层被磨掉以后，露出纤维状纹路，并沿纹路逐渐出现纵向裂纹，这时炭粉逐渐沿裂纹聚集，泄漏电流较大，仍不至于对地耐压时闪络击穿。

恶劣天气条件下，特别是小雨天气，雨滴附着在滑板上，逐渐流向滑板底部，浸入并保留在底部纤维的裂纹中，与炭粉共同构成导电通路。

绝缘滑道在对地耐压状态下会出现异常的闪络放电，直至被击穿，引起跳闸。

这种情况多发生在货线、专用线、电力机车整备线恶劣天气对地耐压情况下，通常都会引起设备跳闸。

有时现象较为明显，分段绝缘器的构架变形、吊弦被烧断。

而有些时候分段本身架构完整，甚至天气晴好后绝缘性能还能够恢复，可通过观察其附近的电连结器、开关接地线的状态以及导流板是否有小熔斑等情况，确认绝缘滑板曾被击穿。

经过实验，被击穿的绝缘滑道湿闪电压最高达到15KV，而略经干燥后，便可达到37KV。

2．受电弓在分段绝缘器压差较大情况下，慢速的大取流烧断绝缘滑板。

机车在慢行且有较大取流情况下，在距离一端导流板距离很近时，电压差引燃电弧，由于两端弧根固定，又有较大的电流支持电弧的燃烧，；在离开另一端时，电流又通过电弧持续给受电弓供电，同样产生较长时间的电弧；当电弧灼烧使绝缘滑板拉伸破坏负荷低至导线张力时，滑板被拉断。

这种情况多出现在运转场、压差较大的上下行渡线间。

机车在靠近分段桥式绝缘子附近直接取流时，由于励磁涌流较大，与远侧导流板间产生电弧，同样道理烧断接触侧的绝缘滑板。

这种情况多出现机车出入库线。

上述两种情况，电弧的产生与负荷隔离开关触头距离较近的放电情况相似，均造成分段绝缘器的显性故障，但一般不会引起设备跳闸。

3．机车闯分段
机车闯分段时，把电从有电区带到无电区，机车向无电区运行过程中，当受电弓刚好靠近桥式绝缘子时，相当于短接了绝缘滑道的绝缘距离，产生电弧灼烧接触侧的绝缘滑道。

另外一种比较特殊的情况是，机车在无电区升弓后，受电弓刚好靠近桥式绝缘子，也是相当于短接了绝缘滑道的绝缘距离，产生电弧灼烧接触侧的绝缘滑道。

上述两种情况主要是司机操作不当造成，都引起设备跳闸，严重烧损或烧断绝缘滑道。

4．混合牵引和环境污染的影响
分段绝缘器的化学绝缘部件，在混合牵引情况下，如果经常有内燃车高温废弃物的排放，将极快的劣化绝缘子性能。

同样环境污染也大大缩短绝缘子的使用寿命和检修周期，特别是线路附近水泥厂矿的粉尘污染，其逐渐固化在绝缘子表面，雨天就形成导电通道，造成闪络放电，引起设备跳闸。

三、解决对策
从上述分析可以看出，菱形分段绝缘器的故障主要表现在绝缘部件的机电性能被破坏。

一方面是绝缘性能在使用过程中被机械性的降低，另一方面是绝缘部件耐弧能力差，拉伸破坏负荷因电弧影响被降低。

所以问题的解决首先要在解
决上述两个方面问题的基础上，结合其他方面的优缺点选择新型的分段绝缘器，其次要采取针对性的措施加强对菱形分段绝缘器的管理。

（一）对比选择新型分段绝缘器
根据目前国内出现过的分段绝缘器，进行对比分析如下：
可见菱形分段绝缘器在安装维护和运行安全性方面，有明显的优势，在既有线上又装有最多，所以在满足其运行条件的处所，应使用菱形分段绝缘器。

根据目前洛阳供电段管内机车基本上都是双滑板受电弓的实际情况，仿德国Adtranz 绝缘器有着突出的绝缘性能和耐弧能力。

所以，从根本上解决问题的方案应该是在大多数的上下行渡线、运转场仍然采用菱形分段绝缘器；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应采用仿德国Adtranz的分段绝缘器。

在既有菱形分段绝缘器的线路上更换新型分段绝缘器，应充分考虑几何尺寸的变化、有利于过车的方向性、与承力索绝缘子的配合等因素，还应加强对新设备的监控，掌握长期运行的特点，确保新设备安全运行。

（二）加强重点处所既有菱形分段绝缘器的管理
1．安装要求
其安装位臵最好选在跨中处，并且在安装完成后最好留有30~50mm负驰度。

负驰度可以减少打碰受电弓现象并减轻对滑道的磨损，从而降低了由分段绝缘器损伤引起的接触网设备故障的几率。

2．加强清扫维护
对重点处所分段绝缘器应根据电力机车整备量、周边环境污染程度加强对分段绝缘器绝缘部件的清扫，缩短绝缘滑道的清扫周期，特别对炭粉附着较严重的绝缘滑道底部要使用丙酮进行有效的清扫。

3．加强分段绝缘器使用的管理
通过有效手段，加强车站、机务段人员对分段绝缘器使用条件的学习，并严格按规定操作隔离开关、使用分段绝缘器，使分段绝缘器在良好的工作条件下运行。

同时，还应提高司机正确操作的能力，避免机车在分段绝缘器下方停留、
取电，避免闯分段情况的发生。

随着铁路业务需求的不断变化和电气化铁道的飞速发展，对接触网电分段设备的综合要求越来越高。

通过深入分析分段绝缘器的故障、评价分段绝缘器的性能、提供有效的问题解决方案，为积极研发、引进新型分段绝缘器，高效管理既有设备提供新思路，提高电气化铁道的装备和管理水平。

参考文献：
1.李伟.接触网.中国铁道出版社2000年3月出版
2.电气化铁道接触网（德）.中铁电气化局集团有限公司译2004年1月出版
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