關(guān)于和諧型機(jī)車車頂防霧閃問(wèn)題的研究

任廣慧

（鐵道部駐大同機(jī)車車輛驗(yàn)收室，山西大同037038）

關(guān)于和諧型機(jī)車車頂防霧閃問(wèn)題的研究

任廣慧

（鐵道部駐大同機(jī)車車輛驗(yàn)收室，山西大同037038）

針對(duì)目前和諧型機(jī)車在冬季霧霾天氣運(yùn)用過(guò)程中，出現(xiàn)車頂高壓設(shè)備“霧閃”并造成絕緣降低的現(xiàn)象，從霧霾天氣對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣的影響、防“霧閃”技術(shù)改進(jìn)等方面進(jìn)行了分析論述，提出了改進(jìn)思路。

和諧型機(jī)車；防霧閃；高壓絕緣

2013年01月我國(guó)中東部地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)霧霾天氣，北京、天津、石家莊、濟(jì)南等城市空氣質(zhì)量為6級(jí)，屬嚴(yán)重污染；鄭州、武漢、西安、合肥、南京、沈陽(yáng)、長(zhǎng)春等城市空氣質(zhì)量為五級(jí)，屬重度污染。連續(xù)霧霾天氣不僅影響空氣質(zhì)量，更對(duì)鐵路安全運(yùn)輸構(gòu)成影響。發(fā)生霧霾天氣時(shí)，空氣中含有大量污染物顆粒，顆粒含有多種重金屬物質(zhì)。電力機(jī)車在行駛中，飄浮在空中的粉塵顆粒積聚在車頂高壓器件上，如圖1所示，很容易產(chǎn)生“霧閃”現(xiàn)象，造成車頂高壓電氣設(shè)備放電、接觸網(wǎng)短路跳閘或燒網(wǎng)等故障，給鐵路電網(wǎng)和行車安全帶來(lái)諸多不利因素。同時(shí)，正值春運(yùn)高峰時(shí)期，霧霾天氣限制了航空、公路等運(yùn)輸方式的暢通，大量客流轉(zhuǎn)向鐵路，增加了鐵路運(yùn)輸壓力。

圖1 （a）霧霾中行進(jìn)的和諧型機(jī)車（b）霧霾使機(jī)車表面污染嚴(yán)重

1 霧霾現(xiàn)象對(duì)機(jī)車運(yùn)營(yíng)的影響

霧霾天氣由于濕度很大，水滴里含有一些硫化物、氫化物等附著在絕緣子上，使得絕緣子絕緣性能下降，易發(fā)生爬電，導(dǎo)致絕緣子發(fā)生＂霧閃＂現(xiàn)象，如圖2所示。

霧霾對(duì)機(jī)車系統(tǒng)的影響基本體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是霧的影響，即濕度的影響使高壓設(shè)備外絕緣表面受潮；二是霾的影響，即大氣中污穢物使高壓設(shè)備外絕緣表面污穢度增加，與高濕度環(huán)境疊加后，使得機(jī)車車頂高壓設(shè)備絕緣能力降低或造成閃絡(luò)，影響機(jī)車的正常運(yùn)營(yíng)。因此，要想減輕霧霾天氣對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全的影響，可從提高設(shè)備外絕緣在高濕度環(huán)境中的防霧閃能力，以及提高設(shè)備外絕緣設(shè)計(jì)的耐污水平兩方面入手。

圖2 被污染的車頂高壓設(shè)備

2 應(yīng)對(duì)霧霾天氣的機(jī)車改進(jìn)方案

2.1 方案說(shuō)明

對(duì)機(jī)車車頂高壓設(shè)備的布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，即將主斷路器、接地開(kāi)關(guān)、避雷器、高壓電壓互感器、高壓隔離開(kāi)關(guān)、25 k V穿墻套管及放電間隙集中布置在一個(gè)頂蓋上，或?qū)⑸鲜龈邏涸O(shè)備集成布置在車內(nèi)的網(wǎng)側(cè)柜內(nèi)。在機(jī)車內(nèi)部安裝空間允許的情況下，高壓設(shè)備移入機(jī)械間內(nèi)，這將會(huì)對(duì)車內(nèi)網(wǎng)側(cè)柜的絕緣水平、設(shè)備安全操作及整體的可靠性提出較高的要求。在沒(méi)有充分驗(yàn)證的情況下，高壓設(shè)備集中布置在車外較為可靠。

布置在端部頂蓋的高壓設(shè)備包括受電弓、受電弓支持絕緣子等，端部頂蓋采用局部絕緣頂蓋，增加絕緣強(qiáng)度。

對(duì)高壓設(shè)備布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將高壓隔離開(kāi)關(guān)的位置從主斷前調(diào)整到主斷后，如圖3所示，這樣通過(guò)本節(jié)車的主斷路器進(jìn)行隔離本節(jié)機(jī)車的受電弓，在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，被隔離的受電弓處于不帶電狀態(tài)。

圖3 高壓隔離開(kāi)關(guān)位置的更改

2.2 車頂高壓設(shè)備防護(hù)罩

（1）高壓設(shè)備防護(hù)罩的結(jié)構(gòu)

高壓設(shè)備的防護(hù)罩由下部的防護(hù)板和上部的防護(hù)蓋兩部分組成，防護(hù)蓋上設(shè)有觀察窗口，方便日常檢修時(shí)觀察防護(hù)罩內(nèi)高壓設(shè)備的狀態(tài)。如圖4所示。

圖4 車頂防護(hù)罩

防護(hù)板采用螺栓輔以打膠的方式與焊接在車頂上平面的法蘭進(jìn)行連接，防護(hù)蓋采用彈簧卡和螺栓等部件與防護(hù)板進(jìn)行固定。

（2）防護(hù)罩內(nèi)的高壓設(shè)備布置

布置在防護(hù)罩內(nèi)的高壓設(shè)備包括主斷路器、接地開(kāi)關(guān)、避雷器、電壓互感器、隔離開(kāi)關(guān)及放電間隙等，并且將高壓帶電、有電位差的導(dǎo)電部分間隙按照污染等級(jí)PD4、過(guò)電壓等級(jí)OV4進(jìn)行設(shè)計(jì)。安裝玻璃鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)罩后機(jī)車滿足GB 146.1－83電力機(jī)車限界的要求。

通常情況可以通過(guò)防護(hù)蓋上的觀察窗進(jìn)行查看高壓設(shè)備的狀態(tài)。若進(jìn)行檢修或更換高壓設(shè)備，在車頂打開(kāi)防護(hù)蓋即可進(jìn)行檢修。

（3）防護(hù)罩內(nèi)部的通風(fēng)散熱

車頂諸多高壓電氣設(shè)備集中布置于防護(hù)罩內(nèi)，考慮到在夏季車頂溫度較高，尤其位于防護(hù)罩內(nèi)部的高壓電氣設(shè)備，在完全密封的情況，溫升過(guò)高導(dǎo)致電氣部件不能正常工作或其他隱患，所以防護(hù)罩內(nèi)部設(shè)備必須保證良好的通風(fēng)和散熱。在防護(hù)罩防護(hù)板四周設(shè)有與外界的通風(fēng)窗，在防護(hù)罩內(nèi)部的車頂蓋上設(shè)置與機(jī)械間的通風(fēng)口，在機(jī)械間的通風(fēng)系統(tǒng)考慮在各種輔助用風(fēng)工作的情況下，保證機(jī)械間和防護(hù)罩內(nèi)部微正壓，確保設(shè)備正常通風(fēng)冷卻及機(jī)車的整體防雨功能，并在防護(hù)罩通風(fēng)窗處設(shè)置空氣過(guò)濾系統(tǒng)，防止外界污物進(jìn)入防護(hù)罩內(nèi)污染電氣設(shè)備。

（4）高壓線路的連接

為了方便接線及電氣部件的絕緣，高壓設(shè)備防護(hù)罩的進(jìn)出線采用高壓電纜的連接形式，防護(hù)罩外部電纜終端采用傘裙形式，加強(qiáng)高壓接線端子與防護(hù)罩之間的爬電距離，增加電氣部件之間的安全性，防護(hù)罩內(nèi)部電纜終端不帶傘裙，該形式的電纜終端已經(jīng)在CRH5動(dòng)車組上被廣泛采用，并且采用過(guò)線模塊使防護(hù)罩與高壓電纜之間進(jìn)行密封，防止外界雨水的侵入。

2.3 絕緣頂蓋的設(shè)計(jì)

為了避免霧霾天氣引起受電弓支撐絕緣子與車頂鋼頂蓋間的閃絡(luò)放電，在安裝有受電弓、絕緣子等電氣設(shè)備的頂蓋上采用局部絕緣頂蓋增加絕緣強(qiáng)度。絕緣頂蓋采用玻璃鋼結(jié)構(gòu)，其外形輪廓類似于受電弓俯視圖外形，將受電弓整體及絕緣子與機(jī)車鋼頂蓋隔離，絕緣頂蓋通過(guò)螺栓與膠粘連接覆蓋在鋼頂蓋蒙皮上。設(shè)備安裝座鑲嵌在預(yù)埋鋼骨架的絕緣復(fù)合材料內(nèi)部。

2.4 主要技術(shù)參數(shù)

2.4.1 防護(hù)罩性能參數(shù)

（1）絕緣性能要求

額定工作電壓25 k V

最大工作電壓31 k V

雷電沖擊電壓170 k V工頻耐受電壓75 k V

在上述情況下，高壓設(shè)備防護(hù)罩不應(yīng)有擊穿、變形、內(nèi)表面燒焦等現(xiàn)象。

（2）機(jī)械強(qiáng)度

拉伸強(qiáng)度≥180 MPa

彎曲強(qiáng)度≥200 MPa

2.4.2 絕緣頂蓋性能參數(shù)

（1）絕緣性能要求

額定工作電壓25 k V

最大工作電壓31 k V

雷電沖擊電壓230 k V

工頻耐受電壓90 k V

（2）機(jī)械強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度≥220 MPa

抗拉強(qiáng)度≥200 MPa

絕緣頂蓋具有較強(qiáng)的抗高溫畸變、抗強(qiáng)紫外線、抗輻射、抗老化等性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

霧霾天氣對(duì)機(jī)車運(yùn)營(yíng)的影響較為嚴(yán)重，尤其對(duì)于運(yùn)行在京廣線、京滬線、滬寧等線路的和諧型機(jī)車更為突出，根據(jù)在霧霾天氣機(jī)車存在的霧閃現(xiàn)象，分別從頂蓋設(shè)備的集中布置、高壓設(shè)備布置的優(yōu)化、防護(hù)罩的設(shè)計(jì)及通風(fēng)冷卻、絕緣頂蓋的布置及性能參數(shù)等方面進(jìn)行了綜合論述，為解決電力機(jī)車在霧霾天氣的抗霧閃能力、保障良好的運(yùn)營(yíng)能力提供參考。

［1］ 張曙光.HXD2型電力機(jī)車［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

［2］ 張曙光.HXD3型電力機(jī)車［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

［3］ 耿志修.大秦鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

［4］ 編輯委員會(huì)編.電氣工程師手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

［5］ IEC 60077－1：1999鐵路應(yīng)用機(jī)車車輛電氣設(shè)備，第1部分：一般使用條件和通用規(guī)則［S］.

Research on Roof Anti-fog Flash for HX Locomotives

REN Guanghui
（Locomotive Acceptance Department of Ministry of Railways in Datong Locomotive and Rolling Stock Works，Datong 037038 Shanxi，China）

Aiming at the phenomenon of HV device fog flash and lower insulation during HX locomotive operated in haze weather of winter，this paper makes the technical analysis for haze weather affecting insulation of HV electric device，analyzes the technical modification of anti－fog flash，and also puts forward the design improvement.

HX locomotive；anti-frog flash；high voltage insulation

U264

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.27

1008－7842（2014）04－0117－03

5—）男，高級(jí)工程師（

2013－12－31）