鐵路線區間分段絕緣器嚴重拉弧問題的分析

王 凱

（中鐵電氣化鐵路運營管理有限公司徐州維管段，江蘇徐州 221003）

0 引言

為增加接觸網供電靈活性，縮小事故停電范圍，滿足供電檢修及其他特殊需要，對同相接觸網進行的電氣絕緣分段稱作為接觸網電分段。接觸網電分段分為結構式電氣絕緣分段和器件式絕緣分段2 種，結構式電氣絕緣分段為絕緣錨段關節，器件式電氣絕緣分段包括分段絕緣器和絕緣子。

分段絕緣器是接觸網系統的重要設備，其安裝部分是接觸網的薄弱環節。受電弓滑行通過分段絕緣器時會使弓網接觸力發生突變，引起受電弓滑板和分段絕緣器滑道的磨損，產生電弧，電弧嚴重燒蝕甚至燒毀分段絕緣器零部件。針對受電弓通過合肥南滬蓉場正側線間分段絕緣器產生電弧的原因以及電弧對分段絕緣器的燒蝕展開研究，并提出解決方案。

1 分段絕緣器運行情況

滬蓉線合肥南滬蓉場全站共安裝分段絕緣器15 臺，其中8臺設在正側線間，5 臺設在上下行渡線間，2 臺設在側線分束開關處。自2014 年8 月份開通以來，陸續發生5 起正側線間分段絕緣器消弧角斷裂問題，現場對分段絕緣器安裝幾何參數、運行環境及產品質量等方面進行分析，并將受損分段絕緣器送國家鐵路產品質量監督檢驗中心接觸網檢驗站進行檢測，做進一步驗證。分析消弧角斷裂原因為受電弓通過分段絕緣器時頻繁產生電弧，電弧不能及時熄滅而持續燒蝕分段絕緣器，在高頻率弓架次通過條件下，長期受振動影響，產生金屬疲勞，最終導致消弧角斷裂。分段絕緣器故障頻發，運行不穩定，已嚴重影響弓網受流安全，存在極大安全隱患。合肥南滬蓉場受電弓過132#—134#道岔間分段絕緣器3C 圖像如圖1 所示。合肥南滬蓉場受電弓過132#—134#道岔間分段絕緣器現場如圖2 所示。

圖1 受電弓過132#—134#道岔間分段絕緣器（3C 圖像）

圖2 受電弓過132#—134#道岔間分段絕緣器（現場）

滬蓉線合肥南滬蓉場牽引供電由中鐵第四勘察設計院集團有限公司，中鐵四局集團有限公司合肥鐵路樞紐南環線工程項目經理部，分段絕緣器廠家為吳江天龍電氣化設備廠，于2014 年8 月投入運營。

2 分段絕緣器嚴重拉弧原因分析

2.1 分段絕緣器兩端存在電壓差

（1）供電布局不合理，造成分段絕緣器兩端存在電壓差。合肥南滬蓉場內由4 個供電單元，正線2 個單元由長安集變電所饋出，側線2 個單元由合肥南動車所開閉所饋出，由于饋出供電單元長度不一致（如滬蓉場121#—115#岔間分段絕緣器合肥樞紐10 單元、滬蓉高鐵230 單元長度分別為3.3 km、13.25 km，相差9.95 km），受線路阻抗不均分段絕緣器兩端存在電壓差。通過調查合肥南滬蓉場正線滬蓉高鐵229、230 供電單元與合肥南動車所開閉所進線合肥樞紐18 供電單元末端在負荷情況下存在較大的電壓差（最大差值可達2.56 kV）。合肥南滬蓉場既有供電方式如圖3 所示。

圖3 合肥南滬蓉場既有供電方式

（2）正、側線路負荷的不對稱，存在電壓差。合肥南滬蓉場正線與側線動車組車流密度相差較大，分段絕緣器兩端電壓隨著兩供電臂負荷波動，引起電壓變化，導致分段絕緣器兩端接觸網電壓差大。

2.2 分段絕緣器的滅弧能力不足

分段絕緣器兩端存在較大電壓差，大大削弱分段絕緣器消弧角的滅弧能力，造成電弧在分段絕緣器消弧角之間持續，導致拉弧危害進一步增大，燒蝕分段絕緣器。

2.3 重聯動車組受電弓通過，后弓拉弧嚴重

重聯動車組采用雙弓運行，前弓通過分段絕緣器產生振動，造成后弓與分段絕緣器“離線”，從而產生拉弧。

2.4 分段絕緣器運行技術參數不達標

分段絕緣器運行技術參數不達標，也會造成拉弧過大。分段絕緣器相對線路中心偏移量（100 mm 以內）、相對吊弦及定位點負弛度（相對兩端相鄰吊弦抬高5～15 mm，相對兩端定位點抬高50～70 mm）、縱線路和垂直線路方向水平誤差（10 mm 以內）三項技術參數必須保證在安全范圍內，數據超標將導致渡線間接觸網彈性不均勻，產生弓網接觸力變化，受電弓通過時加大了拉弧現象，同時弓網間摩擦阻力增加，磨耗也會增加，長期運行對分段絕緣器本體損傷極大。

3 拉弧對分段絕緣器影響

電弧是一種強烈的氣體放電現象，電弧產生時其弧柱溫度能夠達到10 000 K 以上，多次、反復的電弧燒灼造成分段絕緣器金屬滑道、消弧角及連接部位燒損嚴重（圖4），機電強度急劇下降，嚴重的還會將分段絕緣器的消弧角、金屬滑道燒斷，甚至燒斷吊弦裝置。

圖4 消弧角燒傷及斷裂

4 解決措施

（1）調整供電布局，降低分段絕緣兩側電壓差。重新分配合肥樞紐17、18 供電單元上的負荷，合肥樞紐17 供電單元主供合肥西AT 開閉所、18 供電單元主供合肥南動車開閉所，調整合肥西AT 開閉所運行方式，變為母線閉環運行閉合母聯開關2001、2002GK，合肥樞紐17 供電單元帶4條饋線運行，18 供電單元備用。通過調整供電布局，降低合肥南滬蓉場正側線間分段絕緣兩側電壓差。

（2）實行壽命管理。針對合肥南滬蓉場日弓架次較多情況，縮短分段絕緣器檢修、更換周期，根據實際情況暫按兩年壽命管理，做好備件儲備，同時加強日常巡視檢查，發現金屬滑道、消弧角有無變形、斷裂、裂紋、嚴重灼傷等情況，一旦發現立即更換處理。

5 結束語

通過對合肥南滬蓉場正側線間分段絕緣器拉弧嚴重情況進行詳細分析，分析出問題原因，并從供電方式變更、日常檢修維護等方面系統性提出解決方案。合肥南滬蓉場分段絕緣器設備安全問題的解決，將極大提高滬蓉線供電可靠性，對保障行車運輸安全有著重要意義。