“高分子絕緣墊塊”在成都地鐵中的應(yīng)用

劉 進(jìn)

（成都軌道建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610000）

0 前言

城市地鐵變電所牽引直流系統(tǒng)是地鐵列車正常運(yùn)行的電力源泉和“動力心臟”。目前，國內(nèi)大部分城市對直流框架絕緣安裝的方式是采用在基礎(chǔ)槽鋼之間設(shè)置絕緣墊的方式，但由于設(shè)備房間潮濕有蒸汽，凝露、灰塵等進(jìn)入螺栓孔和螺栓的間隙，會導(dǎo)致絕緣逐步減弱、下降甚至失效，進(jìn)而導(dǎo)致各類框架保護(hù)跳閘、設(shè)備損壞、行車中斷甚至影響運(yùn)營，造成經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會影響。面對該問題，多數(shù)城市的處理方式是在設(shè)備帶電前，用抽濕機(jī)對變電所進(jìn)行除濕，用吹風(fēng)機(jī)（熱風(fēng)）對絕緣板進(jìn)行吹風(fēng)干燥等，以維持絕緣效果，勉強(qiáng)保障設(shè)備安全運(yùn)行[1]。采用一種穩(wěn)定的地鐵直流供電成套設(shè)備框架絕緣安裝型式就顯得十分迫切，從成都地鐵1 號線三期開始，直流牽引供電系統(tǒng)采用SMC 高分子絕緣材料制作的墊塊式絕緣安裝正是在該條件下應(yīng)運(yùn)而生，并在后續(xù)線路全面鋪開。

1 直流牽引系統(tǒng)框架保護(hù)原理

在城市交通軌道的建設(shè)中，通常需要采用框架保護(hù)的方式實(shí)時(shí)監(jiān)測直流供電設(shè)備正極與接地的柜體之間的絕緣狀況，以確保直流牽引系統(tǒng)的安全。其框架保護(hù)的原理：1）通過采集負(fù)極與設(shè)備外殼之間的電位差來保護(hù)電壓框架。2）通過采集設(shè)備外殼對地的泄露電流，以實(shí)現(xiàn)對電流框架的保護(hù)[2]。從上述框架保護(hù)原理可以看出，為了確保軌道的安全運(yùn)行，必須要保證直流供電設(shè)備柜體框架的絕緣安裝。

2 墊塊式絕緣安裝發(fā)展歷程

2.1 雙T型絕緣安裝

從2015 年的成都地鐵3 號線一期工程開始，筆者發(fā)現(xiàn)直流開關(guān)柜體與槽鋼采用普通螺栓進(jìn)行連接，柜體與預(yù)埋槽鋼間加裝絕緣墊的做法，其大多數(shù)時(shí)候在剛安裝好就很難滿足框架絕緣1 MΩ 的要求，只有不斷吹掃才能勉強(qiáng)達(dá)到要求，時(shí)間一久，灰層潮氣一上來，絕緣又失效或不滿足要求。筆者積極思索，大膽創(chuàng)新，反復(fù)研究國內(nèi)外相關(guān)資料，并開展多次試驗(yàn)，探索出了采用2 套絕緣組件的雙T 螺栓絕緣安裝的方式，上下各一組，確保螺栓與柜體底板、螺栓與基礎(chǔ)槽鋼均是絕緣組件安裝，同時(shí)配合涂抹高強(qiáng)度特殊絕緣膠，絕緣效果非常好，絕緣電阻拼柜整組測量可達(dá)40 MΩ，遠(yuǎn)超1 MΩ 的國標(biāo)要求。

2.2 柜體開方孔拼絕緣板與T型絕緣組件連接的框架絕緣安裝

經(jīng)過實(shí)踐和調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，雖然成都地鐵3 號線一期絕緣效果大大提高，但是上下絕緣組件間仍然存在縫隙，如果絕緣膠隨著時(shí)間推移失效或者脫落，就會造成絕緣性能下降。筆者查閱資料，認(rèn)真反復(fù)試驗(yàn)，于2017 年從成都地鐵7 號線施工安裝中提出采用包裹柜體的絕緣安裝底座及柜體開方孔拼絕緣板與T 型絕緣組件連接的框架絕緣安裝方式，柜體連接螺栓部位開孔拼裝絕緣板，讓雙T 螺栓絕緣螺栓經(jīng)過的地方依次是柜體的絕緣硬板、中間加裝的絕緣板和槽鋼，而采用的連接件同時(shí)是T 型絕緣組件（絕緣套包裹普通螺栓）而非普通螺栓，柜與柜之間也加裝整體絕緣板。該新型的絕緣安裝方式的核心為包裹柜體的絕緣安裝底座及柜體開方孔采用絕緣板與T 型絕緣組件連接的固定方式，通過增加絕緣底座及方孔安裝的形式，不僅使固定螺栓完全與柜體和基礎(chǔ)槽鋼隔離，并且極大地增加了爬電距離，增加了絕緣效果。除了增加了絕緣底座外，還保留了成都地鐵3 號線一期方案的絕緣底板，雙層絕緣，絕緣連接組件根本不接觸柜體，取得了成都地鐵7 號線直流框架絕緣驗(yàn)收各變電所絕緣均達(dá)80 MΩ 以上的好成績。

2.3 采用SMC高分子絕緣墊塊的框架絕緣安裝

雙T 螺栓與槽鋼間還是有縫隙，慢慢也會導(dǎo)致絕緣下降，經(jīng)過積極多次組織相關(guān)人員進(jìn)行專題分析研究，最終形成了在絕緣板下加裝約60 mm 厚的正方體絕緣墊塊（SMC 材質(zhì)），絕緣墊塊上方與絕緣板和直流設(shè)備柜體底板連接，墊塊下方與預(yù)埋槽鋼連接，螺栓和開孔相互錯(cuò)開的工藝方案，達(dá)到穩(wěn)定可靠的絕緣效果，使其得到了質(zhì)的提升。在現(xiàn)場安裝時(shí)，控制設(shè)備基礎(chǔ)預(yù)埋件與裝修完成面平齊，當(dāng)采用上述安裝形式完成安裝后，設(shè)備底面與裝修完成面有65 mm 左右的高差，為了保證在檢修時(shí)直流小車能夠順利拉出柜體，每個(gè)牽引所均配備2 個(gè)小車導(dǎo)軌。

3 墊塊特點(diǎn)及安裝所包括的主要材料

該高分子材料制作的絕緣墊塊屬于直流框架絕緣安裝中的絕緣連接裝置，涉及地鐵直流柜絕緣安裝技術(shù)領(lǐng)域，絕緣墊塊從其頂部向下加工有若干螺紋孔，絕緣墊塊從其底面向上加工有若干螺紋孔，墊塊上下面的螺紋孔錯(cuò)位設(shè)置，上螺紋孔內(nèi)連接的螺栓與下螺紋孔內(nèi)連接的螺栓相互錯(cuò)開，避免了貫通帶來灰塵進(jìn)入的風(fēng)險(xiǎn)。用于地鐵直流柜安裝的墊塊式絕緣連接裝置使直流柜底板與預(yù)埋槽鋼完全隔開，杜絕了因粉塵、凝露以及金屬顆粒物而造成的絕緣下降的情況。

SMC 高分子長方體絕緣墊塊，采用SMC 復(fù)合材料制成，該材質(zhì)主要由專用紗、填料及各種助劑組成，具有優(yōu)良的電絕緣性能、機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)防腐性，相對于常規(guī)的環(huán)氧樹脂或聚碳酸脂材質(zhì)的絕緣板，其絕緣效果更好，使用壽命更長。具有高絕緣、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高等性能特點(diǎn)。

4 重、難點(diǎn)

城軌交通牽引變電所直流設(shè)備通常采用的絕緣安裝是在設(shè)備金屬外殼與基礎(chǔ)槽鋼之間設(shè)置硬質(zhì)絕緣板，絕緣板通常采用普通絕緣板2 種。新建地鐵工程設(shè)備安裝時(shí)，地下設(shè)備房間非常潮濕，直流設(shè)備絕緣安裝后，由于潮濕問題，絕緣值較低，很多時(shí)候絕緣電阻不超過1MΩ，并隨著時(shí)間推移，絕緣效果更是逐步下降，嚴(yán)重影響設(shè)備和人身安全[3]。直流框架絕緣安裝處理就是圍繞確保地鐵供電牽引直流設(shè)備及人身安全，設(shè)備可靠穩(wěn)定工作、框架保護(hù)處于整定值范圍正常運(yùn)行而實(shí)施的框架絕緣安裝及相關(guān)優(yōu)化措施。多年來，牽引直流系統(tǒng)的框架絕緣處理一直是城市軌道交通行業(yè)內(nèi)的一大難題。由于地鐵夾層潮濕、灰塵也多，安裝難度極大，設(shè)備底座槽鋼預(yù)埋、絕緣部件的安裝既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

5 安裝基本思路及安裝方案

5.1 安裝基本思路

SMC 絕緣支柱安裝時(shí)，底部與10#基礎(chǔ)槽鋼用8.8 級螺栓固定安裝，頂部與直流柜底部的絕緣板用8.8 級螺栓固定安裝，中間錯(cuò)位不穿透，確保絕緣效果良好，不會因粉塵、凝露造成絕緣下降的隱患。為防止SMC 絕緣墊塊與金屬柜體有摩擦損傷，并且增加封堵面積，在柜體底部和SMC 絕緣支柱之間增加1塊與柜體框架同尺寸的5 mm聚碳酸酯板。槽鋼、柜體、絕緣墊塊、絕緣墊等連接示意如圖1 所示。

圖1 墊塊絕緣裝置結(jié)構(gòu)剖視圖

5.2 安裝方案

該用于地鐵直流柜安裝的墊塊式絕緣連接裝置設(shè)置絕緣墊塊，絕緣墊塊的頂部和底部均加工有用于安裝的螺紋盲孔，且各孔錯(cuò)位設(shè)置。地鐵直流柜的底部和預(yù)埋槽鋼分別設(shè)置于該絕緣墊塊的頂部和底部，并通過螺栓與絕緣墊塊緊固連接，實(shí)現(xiàn)了直流柜的緊固安裝。因直流柜底板和預(yù)埋槽鋼被絕緣墊塊完全隔開，且其與絕緣墊塊連接的安裝螺孔為錯(cuò)位設(shè)置的盲孔，不存在安裝縫隙，粉塵、凝露以及金屬顆粒物等不會經(jīng)過縫隙處使直流柜底板和預(yù)埋槽鋼導(dǎo)通，杜絕了因粉塵、凝露以及金屬顆粒物而造成的絕緣下降的情況，為地鐵的安全運(yùn)行提供極大的保障。在絕緣墊塊和直流柜底板之間還設(shè)置有聚碳酸酯材質(zhì)的絕緣板，一方面使直流柜底板懸空部分得到封堵，保證了其安裝的絕緣效果；另一方面利用聚碳酸酯材質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度高的特性，避免了安裝過程中因直流柜底板和其直接摩擦造成損傷，導(dǎo)致絕緣效果下降的情況出現(xiàn)。

5.3 工藝特點(diǎn)

用于地鐵直流柜安裝的墊塊式絕緣連接裝置使直流柜底板與預(yù)埋槽鋼完全隔開，不存在安裝縫隙，粉塵、凝露以及金屬顆粒物等不會經(jīng)過縫隙處使直流柜底板和預(yù)埋槽鋼導(dǎo)通，杜絕了因粉塵、凝露以及金屬顆粒物而造成的絕緣下降的情況發(fā)生。

在實(shí)施時(shí)，為減少絕緣墊塊的使用量，降低成本，絕緣墊塊為若干個(gè)條形狀絕緣墊塊。每個(gè)條形狀的絕緣墊塊與1個(gè)預(yù)埋槽鋼通過螺栓固定連接。在具體實(shí)施時(shí)，1 個(gè)直流電柜的下方設(shè)置有2～3 根條狀的絕緣墊塊和預(yù)埋槽鋼，因單根SMC 材質(zhì)的絕緣墊塊的承重值可達(dá)到1 000 kg 以上，而1 臺直流柜的重量不足900 kg，設(shè)置2～3 根絕緣墊塊能完全滿足承重和振動的需求。連接斷面圖如圖2 所示。

圖2 墊塊絕緣裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)部示意圖

通過上述設(shè)置，直流柜底板和預(yù)埋槽鋼被絕緣墊塊完全隔開，且其與絕緣墊塊連接的安裝螺孔為錯(cuò)位設(shè)置的盲孔，不存在安裝縫隙，粉塵、凝露以及金屬顆粒物等不會經(jīng)過縫隙處使直流柜底板和預(yù)埋槽鋼導(dǎo)通。在用多根條狀的絕緣墊塊安裝直流柜時(shí)，直流柜底板有一部分懸空設(shè)置，經(jīng)過極長時(shí)間使用，該部分也可能會堆積灰塵和金屬顆粒等物。當(dāng)堆積達(dá)到一定量時(shí)，也會對絕緣效果造成影響。為杜絕該隱患，在絕緣墊塊和直流柜底板之間還設(shè)置有絕緣板，螺栓貫穿直流柜底板和絕緣板后和絕緣墊塊連接。該絕緣板可有效對上述懸空部分進(jìn)行封堵，杜絕長期使用后絕緣下降的安全隱患。在具體實(shí)施時(shí)，該絕緣板選用聚碳酸酯板，因在安裝過程中，直流柜底板不可避免的會對絕緣板造成摩擦損傷，選用聚碳酸酯板可以很好地利用該材質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)，使摩擦帶來的損傷盡可能小，不影響其絕緣封堵的效果。錯(cuò)位盲孔如圖3 所示。

圖3 墊塊絕緣裝置結(jié)構(gòu)斷面圖

6 結(jié)語

采用SMC高分子材料制作的絕緣墊塊，其頂部和底部均加工了用于安裝的螺紋盲孔，且各孔錯(cuò)位設(shè)置。地鐵直流柜的底部和預(yù)埋槽鋼分別設(shè)置于該絕緣墊塊的頂部和底部，并通過螺栓與絕緣墊塊緊固連接，實(shí)現(xiàn)了直流柜的緊固安裝。因直流柜底板和預(yù)埋槽鋼被絕緣墊塊完全隔開，且其與絕緣墊塊連接的安裝螺孔為錯(cuò)位設(shè)置的盲孔，不存在安裝縫隙，粉塵、凝露以及金屬顆粒物等不會經(jīng)過縫隙處使直流柜底板和預(yù)埋槽鋼導(dǎo)通，杜絕了因粉塵、凝露以及金屬顆粒物而造成的絕緣下降的情況。經(jīng)實(shí)地檢測，該安裝方式整組絕緣測試其絕緣值普遍達(dá)600 MΩ 以上，遠(yuǎn)大于1 MΩ 的標(biāo)準(zhǔn)，成都地鐵直流設(shè)備絕緣安裝創(chuàng)新真正滿足了國家節(jié)能環(huán)保的大政方針的要求，為地鐵的安全運(yùn)行提供極大的保障。相關(guān)線路開通至今從未發(fā)生因直流框架絕緣不滿足要求而中斷運(yùn)營的情況，各方專家對該安裝方式給予了極高的評價(jià)，該創(chuàng)新工藝為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步起到了引領(lǐng)和示范作用，為運(yùn)營單位降低了人工及材料維護(hù)成本、降低了運(yùn)營故障風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙豐收。