電力機車污閃產生原因分析及預防措施

孟繁東

摘 要：由于在冬季，大霧天氣在華北地區出現的頻率很大，電力機車在鐵路線上運行時，車頂受絕緣子、電弓和導線閃絡現象在大霧天氣時發生的可能性較大，這是一種強度巨大的光電聲俱全，瞬間放電的現象，即在絕緣子表面上，電力機車車頂高壓帶電導體發生的擊穿放電現象，華北地區冬季經常出現大霧天氣，電力機車污閃會造成機車主斷路器不能閉合，車頂接地停電，其危害性極大，嚴重影響了電力機車正常運用，給鐵路運輸安全帶來了嚴重后果。該文首先通過對污閃產生的物理原因進行分析，其次對其化學原因進行深層次的分析，通過對車頂噴涂新型防污閃漆和加裝受電弓換室不降弓設備等一些行之有效的措施來預防污閃事故的發生，對于污閃事故的預防及處理具有積極的意義。

關鍵詞：電力機車 污閃 原因分析 預防措施

中圖分類號：U269.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0104-02

華北地區冬季經常出現大霧天氣，行駛在大霧天氣下的電力機車因為空氣的污染發生污閃造成電力機車主斷路器不能閉合，車頂接地停電，不能自行恢復，嚴重影響了電力機車正常運用，擾亂了正常的鐵路運輸秩序，給鐵路運輸安全帶來了嚴重隱患。論文中我們針對此類問題通過對北京機務段客運電力機車車頂噴涂新型防污閃漆和加裝受電弓換室不降弓設備等一些行之有效的措施來預防污閃，大大降低了污閃事故的發生。

1 “污閃”問題的提出

在冬季的華北地區，大霧天氣屢見不鮮，電力機車在鐵路線上行駛時，車頂受絕緣子、電弓和導線閃絡現象在大霧天氣時發生的可能性較大，產生一種強度巨大的光電聲俱全，瞬間放電的現象。經過大范圍的大霧地段行駛后，電力機車后，5～20 mm厚的霜狀冰經常會在車頂受電弓、絕緣子等設備的迎風面產生。停車后，由于機車內部和司機室熱空氣上升，導致車頂溫度升高，絕緣子表面霜狀冰慢慢變成小水珠，漏泄電流隨著小水珠的不斷變大逐漸增大，漏電產生的熱度將進一步融化霜狀冰，從而使漏泄的電流不斷增大。這種情況下，一旦達到某一個臨界點，高壓電對車頂的高強度放電現象就會在瞬間發生，即“污閃”。研究發現，“污閃”通常是機車在冬季大霧天行駛后停車和再次開車后10 km/h以下的速度行駛時發生。“污閃”會造成主斷不能閉合，機車停電，影響正常行車，擾亂正常鐵路機車運輸的秩序，給鐵路運輸安全帶來嚴重隱患。

2 “污閃”主要原因分析

2.1 絕緣瓷瓶受污染

按導電性能，物質可分為導體、絕緣體、半導體三類。作為絕緣體，電瓷瓶把車體和受電弓分隔開，即把兩個導體分開，達到機車受電的目的，通常把瓷瓶的外形設計成傘狀，使雨雪不易落到瓷瓶里面，防止瓷瓶在雨雪天受影響，使其保持良好的絕緣性能。但受到風的吹動，低空大氣中的雜質仍能進入到傘狀電瓷瓶的里面，長期污染瓷瓶就會變臟。這時若有濃霧存在，瓷瓶的污染隨著霧的凝結會加重，瓷瓶絕緣性能變差，在高壓輸電網絡會產生短路放電，發生主斷跳閘或瓷瓶放炮。

2.2 瓷瓶表面大量粘附過冷水滴

由于低層大氣中凝結了很多浮游的冰晶或水滴，從而形成霧，按霧滴的狀態來劃分，還可分為冰晶霧、水滴霧、過冷水滴霧。冰晶霧是在較低氣溫通常是在-10℃以下形成的，由于是固體霧，碰到瓷瓶不容易保留水滴；水滴霧是在0℃以上形成的，水滴碰到瓷瓶后蒸發流走，不易大量保留。以上兩種狀態的霧對瓷瓶的絕緣性能影響較小。

過冷水滴霧多于0℃～10℃時出現，遇到瓷瓶后會變成冰水混合物吸附在瓷瓶上。加上大氣污染越加嚴重，使得空氣中的各種鹽、氨、苯、酸、堿、灰塵、重金屬微粒等污染物逐漸增多，這些污染物粘附到絕緣瓷瓶上，便形成污穢集合物，時間久了，就像給受電弓和瓷瓶套上了一件“塵衣”，當霧的濃度非常大，只有幾十米的水平能見度時，瓷瓶和車頂受電弓上粘附了大量的過冷水滴后，污穢物中的可溶性電解質就被溶解，此時在高電壓的作用下，泄露電流將顯著變大，瓷瓶的絕緣性能急劇下降，電網發生短路放電，情況嚴重時則會造成“污閃”停電災害。

冬季是大氣污染嚴重的季節，大氣污染的嚴重以及過冷水滴的生成，是導致北方冬春季節電力機車“污閃”災害多發的原因。

3 防止電力機車污閃災害的措施

產生污閃災害的重要原因是大氣污染，因此提高機車車頂的抗污能力和加強環境治理是防止污閃的重要舉措。

3.1 環境治理

要做到預防污閃事故的發生，首先必須落實《全國電力系統高電壓專業工作網監測》文件，繪制污穢區分布圖并做好地區范圍內污穢登記的監測工作，同時對現有的設備實行外絕緣的爬距調整。對靠近鐵路線路、車站的大型污染企業，鐵路部門聯合地方環境保護部門進行核查，不達標排放的企業環保部門對其下達整改通知書，進一步提高環境質量，使污閃得到有效的控制。

3.2 每年秋季機車車頂噴涂硫化硅橡膠（Room Temperature Silicone Rubber）簡稱RTV防污閃涂料防止污閃

3.2.1 RTV涂料包含的主要成分

該涂料由5個部分組成：樹脂，包括人造樹脂、天然樹脂，是主要成膜物質的一部分；稀料，包括稀釋劑和溶劑，為輔助成膜物質；顏料，包括體質顏料、著色顏料、防銹顏料，品種很多，為次要成膜物質；油料，包括半干性油和干性油，主要成膜物質之一；輔料，包括固化劑、催干劑、防潮劑、增塑劑，也是輔助成膜物質。

3.2.2 RTV防污閃涂料的防污原理

RTV長效防污閃涂料以端羥基聚二甲基硅氧烷為基膠，脫醇型氨基烷氧基硅烷交聯劑為交聯體系，配以增粘劑、硫化促進劑、穩定劑、縮合催化劑、特種溶劑等，變成單組分無填料長效防污閃涂料。使用時，涂覆在電瓷表面后，交聯體系在空氣中的水分水解下，其中極易水解的官能團變成硅醇，端羥基聚二甲基硅氧烷在催化劑作用下縮聚固化，在電瓷表面形成一層彈性硅橡膠薄膜，這一固化過程對濕度、環境溫度無嚴格要求。由于RTV是由聚二甲基硅氧烷縮聚而成的，所以基本結構是立體網狀硅氧鍵，包括大量的游離狀態的有機硅低聚物、大量的小分子基團和小分子基團。這些小分子基團和低聚物是憎水性的，它們與涂料表面水分子之間產生的作用力小于水分子本身的內聚力，水份在RTV表面呈現為單個水珠，未形成連續的水膜——此為憎水性；當RTV表面積累污穢后，RTV的游離態憎水性基團向污層擴散，在污穢表面也形成憎水性-憎水遷移特性；當RTV涂層受到長期浸泡或雨水沖刷時，涂層的憎水性暫時減弱或者消失，自然晾干放置一段時間后，RTV內部憎水性基團又向外逐步擴散，其表面憎水性又逐漸恢復-憎水性復性。RTV涂層表面起憎水性作用的憎水基團小于RTV涂層全部憎水基團在數量，因此，RTV憎水性壽命是很長的。

RTV涂料具有憎水性和憎水遷移性和一定的憎油性及較好的不粘性。氣候條件惡劣時，在潮濕臟污絕緣子的表面會出現連續的水膜，從而發生閃絡。當涂上具有憎水遷移性的RTV涂料時，涂層表面將只存在單個的小水珠，而不會被連片浸潤，電力設備的抗污閃性能將得到極大的提升。

3.2.3 RTV防污閃涂料的防污特性

RTV的這種性能是由其分子結構所決定的，在RTV圖層內部除了含有大量呈游離態憎水基團外還含有大量的負極性的改性分子基團。這些分子基團也是具有憎水性的，所以水分在RTV表面以單個水滴的狀態存在，不會形成連片水膜。一方面，RTV表面不容易形成積灰；另一方面，當RTV表面自然積污后，受密度梯度的控制，游離態憎水基團會向污層擴散發生憎水性遷移現象，使污層表面也具有憎水性。當污層受風吹、雨刷的影響自然脫落時，遷移到污層中的憎水基團也隨之丟失，隨著再被污染遷移也隨著發生，周而復始涂層表面始終保持良好 的憎水性，即使是污層表面也始終保持良好的憎水性，當RTV涂層長時間受到雨水沖刷或浸泡時，表面的憎水基團逐漸流失，涂層憎水性減弱甚至消失。放置一段時間自然晾干后，由于RTV內部憎水性基團的擴散作用，RTV表面的憎水性又逐漸恢復。

卓越的耐腐蝕性能：RTV涂層具有優異的耐化學品腐蝕和電化學腐蝕性能，抗酸、堿、鹽和絕大多數有機物。能適應多種惡劣的氣候環境和腐蝕介質環境。獨特的表面性能，具有極佳的電氣絕緣性能。獨特的不粘污性能，抗灰塵附著，一般的灰塵可通過雨水自動沖刷干凈，局部粘上頑漬，只需用抹布擦拭即可恢復清潔表面。優良的物理機械性能，涂層具有極佳的物理機械性能：高附著力、高硬度、高柔韌性、高耐磨、耐沖擊。附著良好，施工方便。柔韌性和硬度的完美結合的表面，經得起磨損、碰撞，耐沖擊。耐熱抗寒性能，經得起嚴寒和酷暑的考驗在-40℃～140℃溫度范圍內可正常使用，不掉皮、不起皺、不脫落、不開裂。

北京機務段電力機車2013年、2014年秋季通過對電力機車車頂噴涂RTV防污閃涂料，在冬春季節雖然有大霧天氣，但是電力機車污閃事故發生的概率大大降低了，說明我們的措施是行之有效的。

3.3 一些污閃的發生都是在車站停車后，由于機車要換掛，機車乘務員要降下受電弓，換端操作時發生污閃，造成機車停電，主斷不能閉合，不能正常行車，因此我北京機務段各型電力機車加裝CTGBC型防霧閃弓保持裝置保證司機在換室操作情況下受電弓換端不降弓來預防污閃的發生

（1）CTGBC型防霧閃弓保持裝置的工作原理。

CTGBC型防霧閃弓保持裝置是鐵路機車專用受電弓保持控制裝置。硬件基礎采用了ATMEL公司高速微處理器系統，研制成適合110V直流電源的電力機車專用輸入輸出控制系統，用現代電子器件和微機控制技術構成的無觸點控制電路實現弓保持邏輯控制功能，用軟件實現控制電路邏輯關系，而且具有較強的通用性。防霧閃弓保持裝置的設計采用通用、模塊化設計方式，符合GBT 25119-2010《軌道交通機車車輛電子裝置》標準的要求。防霧閃弓保持裝置采用完全獨立的雙冗余設計，并配置了手動轉換開關，在裝置一組出現故障情況下，可通過人為切換至另一組工作。裝置運行的可靠性能得到提升，也保證了整個機車控制系統的安全性。

該裝置主要由電源板、控制板、顯示板、指示燈、蜂鳴器、自恢復按鈕、轉換開關和機械結構件組成。司機在任一端操作人員升起受電弓，如果需要進行換端操作，司機將所在端的輔機停止工作、分主斷、手柄回零，按下本裝置的弓保持按鈕，受電弓板鍵開關歸位，拔出司機電鑰匙，進行換端操作，在這個操作流程中，本裝置可以使一開始升起的受電弓在5 min之內不降下，同時輸出報警信號（警告操作人員不要接觸高壓設備，以防受傷），指示燈提示（提示操作人員升的是那端受電弓，操作人員根據指示燈提示，在另一端升起正確的受電弓）、控制氣路閥（鎖住門聯鎖，防止操作人員進入高壓柜內，確保人身安全），司機進入另一端司機室插入電鑰匙，開啟電鑰匙，閉合主斷路器，按下本裝置的弓保持按鈕，換端完成。這樣可保證受電弓在換室操作時，司機不用降弓操作，減少了污閃事故的發生。

（2）防霧閃弓保持裝置使用注意事項。

①在有任一CTGBC型防霧閃弓保持裝置電源開關打開以后，禁止拔插裝置連接插頭。

②嚴禁在機車進行換端操作試驗的情況下，斷開防霧閃弓保持裝置插座的連接。

③嚴禁在機車進行換端操作試驗的情況下，關斷CTGBC型防霧閃弓保持裝置的轉換開關。

④嚴禁在帶電，特別是機車正常運行情況下，插拔和更換CTGBC型防霧閃弓保持裝置工作組別的插件。

⑤嚴禁對正常運行情況下的CTGBC型防霧閃弓保持裝置進行較大力度的敲擊和碰撞。

⑥嚴禁在超過濕度要求的環境，運行CTGBC型防霧閃弓保持裝置。

4 結語

通過對北京機務段156臺運用電力機車車頂噴涂RTV防污閃涂料和加裝CTGBC型防霧閃弓保持裝置，使電力機車在冬春季發生污閃事故大大降低，從2013—2014年度的18件下降到2014—2015年度的3件。說明電力機車車頂噴涂RTV防污閃涂料和加裝CTGBC型防霧閃弓保持裝置有效的預防了污閃事故的發生。

參考文獻

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