鐵路隧道接觸網絕緣子污閃的動態檢測系統研究

摘""要：在部分南方地區，由于丘陵多、濕度大，鐵路接觸網隧道內的絕緣子存在長期污閃的情況，在運行過程中給接觸網帶來嚴重的安全隱患。針對昆明鐵路局隧道接觸網絕緣子的污閃現象，提出一種基于超聲波的車載動態檢測技術，實現對隧道內絕緣子放電狀態的快速檢測和定位，評估絕緣子污閃嚴重程度，為接觸網清洗和維護提供依據，節約了維護成本。

關鍵詞：超聲波"""絕緣子"""放電"""車載"""隧道

中圖分類號：TP391.41

Research"on"Dynamic"Detection"System"for"Railway"Contact"NetworkCatenary"Insulators'"Pollution"Flashover"in"Railway"Tunnels

WANG"MingTao1""LUO"ChongWen1""LUO"Ping1""LIN"ShaoHua2""YANG"ZhenHua"3""WU"QianHui4

1."Kunming"Railway"Bureau"Kunming"Power"Supply"Section"of"China"Railway"Kunming"Bureau"Group"Co.，"Ltd.，"Kunming，"Yunnan"Province，"650000"China;"2."Guangdong"Shenguan"Huizhou"Huicheng"Intercity"Railway"Operation"Co.，"Ltd.，"Shenzhen，"Guangdong"Province，"518000"China;"3."China"Railway"Eryuan"Engineering"Group"Co.，"Ltd.，"Chengdu，"Sichuan"Province，"610000"China;"4."Chengdu"Railway"Bureau"Chengdu"Power"Supply"Section"of"China"Railway"Chengdu"Bureau"Group"Co.，"Ltd.，"Chengdu，"Sichuan"Province，"610000"China

Abstract："In"some"southern"regions，"due"to"the"hilly"terrain"and"high"humidity，"there"is"a"long-term"pollution"flashover"of"insulators"in"railway"contact"networkcatenary"insulators"in"tunnels，"due"to"the"hilly"terrain"and"high"humidity，"which"poses"serious"potential"safety"hazards"to"the"contact"network"duringcatenary"on"operation."For"Regarding"tthe"pollution"flashover"phenomenon"of"contact"networkcatenary"insulators"in"Kunming"Railway"Bureau"tunnels"of"China"Railway"Kunming"Bureau"Group"Co.，"Ltd.，"this"article"proposes"a"vehicle"mounted"dynamic"detection"technology"based"on"ultrasonic"waves."The"technology"enables"rapid"detection"and"positioning"of"insulator"discharge"status"in"tunnelsdetects"and"identifies"the"location"of"insulators'"pollution"flashover"in"tunnels"rapidly，"and"evaluates"the"severity"of"insulators'"pollution"flashover，""to"provides"a"basis"for"contact"network"reference"for"railway"catenary’s"washing"and"maintenance，"and"savesreduce"maintenance"costs.

Key"Wwords："：Ultrasonic"waves;"InsulatorsCatenary;"Discharge;"Vehicle"mounted;"Tunnel

絕緣子是接觸網的重要部件，而絕緣子污閃是供電系統中常見的故障點，在霧霾、大霧、小雨、小雪等天氣下，污染區段的接觸網絕緣子易發生污閃閃絡，造成接觸網供電設備跳閘，導致鐵路線路大面積停電，嚴重影響鐵路正常運輸秩序[1]。在一些長大隧道中，鐵路絕緣子的積污更加嚴重，在85%相對濕度條件下，就會發生污閃放電事故。接觸網絕緣子的維護維修采用人工定期巡視的方式來定性判斷絕緣子臟污、破損等狀態，該方式存在漏檢率低、工作量大，并且故障隱患不易發現等客觀問題，而6C等其他的檢測技術也存在著檢測效率不高、覆蓋面不廣等問題。

筆者提出一種基于超聲波的隧道絕緣子污閃的動態檢測技術，在昆明鐵路局南昆客專上進行實驗，發現了多處富寧網工區隧道絕緣子放電的情況，并及時對相關絕緣子進行清掃或更換，提高了接觸網隧道絕緣子維修效率和準確性，延長絕緣子的使用壽命。

• 隧道絕緣子污閃分析

在電力系統中，用于支撐和懸掛高壓導體的固體絕緣材料稱為絕緣子，絕緣子表面放電實際上是在氣體介質與固體介質的交界面上發生的放電現象，也稱為沿面放電。沿面放電按放電的形式分為沿面滑閃和沿面閃絡前者是尚未發生擊穿的放電形式，后者是沿固體絕緣表面發生空氣擊穿的放電現象。研究表明：在相同的放電距離條件下，沿面閃絡電壓比純氣隙的擊穿電壓低得多。

從每年接觸網隧道內絕緣子發生爬電事故統計看，80%以上都是絕緣子在污染狀態下的沿面放電，特別是霧、雪融化等天氣時最容易發生絕緣子閃絡[2]。在南方，地面線路的絕緣子閃絡比隧道內絕緣子發生污閃的概率要小一些，主要是因為地面線路的會有大雨，下大雨時發生絕緣子閃絡的故障反而較小，因為下大雨時絕緣子表面積聚的污穢，特別是水溶性導電物質，很容易被雨水沖掉，因此不容易發生污閃，而隧道內一般采用絕緣子清洗車或者人工清洗的方式實現絕緣子清洗，在一定的時間會經常積灰，到一定程度出現沿面放電。

• 常規隧道絕緣子污閃檢測技術
  • "人工巡檢

在污穢區、濕度較大的部分隧道，一般采用人工定期巡視的方式來定性判斷絕緣子臟污、破損等狀態。通過維護人員經驗，識別絕緣子表面有無存在拉弧、放電的痕跡，并結合人耳聽覺，以此來判斷是否存在放電的現象。該方式存在漏檢率低、重點性不強、工作量大，并且故障隱患不易發現等客觀問題，使運管部門不能及時掌握所轄線路絕緣子的服役情況，間接地給接觸網絕緣子的清掃安排造成了很大困難。

• "紫外放電檢測

采用X型紫外放電檢測儀，該設備通過紫外光子成像技術，實現對放電現象的準確捕捉，檢測精度高、界面直觀，但也需要人工手持操作，可操作性較差，無法對所有的絕緣子進行檢測，檢測面小、維護成本高，也非最佳的檢測監測手段。

• "圖像識別

通過在接觸網檢測車上安裝多個工業相機，對絕緣子進行高清成像，通過圖像對絕緣子的污穢程度進行分析，以此判斷絕緣子可能存在的放電狀態，這種方式比較直觀，但存在兩個問題：（1）絕緣子成像受天氣、光線影響，無法準確地進行反映絕緣子污穢的狀態；（2）通過圖像智能識別的技術手段應用效果不佳。

• "絕緣子泄露電流監測

6C絕緣子污穢在線監測裝置監測絕緣子泄露電流大小[3]，實現對絕緣子污閃現象的檢測。該方式需要在絕緣子下方安裝電流傳感器，維護成本高，由于單個傳感器只能監測單個絕緣子的泄露電流情況，無法對整個線路的絕緣子進行準確評價，只能以點帶面從側面反映線路絕緣子污閃狀態。

• 接觸網隧道絕緣子污閃動態檢測系統
  • "超聲波檢測方式

當接觸網絕緣子因污穢發生局部放電時，放電區分子間會劇烈撞擊，以及放電發熱導致體積的改變，這些都會產生脈沖壓力波，而壓力波會帶來聲波變化，其中比較有特征的為超聲波[4]。利用超聲波的傳播特性，在接觸網檢測車上安裝超聲波探頭的采集的超聲波信號后，濾除掉高速行進時產生的風聲、車輛發動機噪聲、車輛振動噪聲等，僅保留接觸網絕緣子局部放電的超聲信號，實現對接觸網絕緣子污閃快速、動態檢測。超聲波檢測法優點是效率比較高，測量的距離較遠，穿透能力強，并且可以對故障點進行較為準確的定位[5]。

• "系統組成

接觸網隧道絕緣子污閃動態檢測系統組成簡單，分為車頂設備、車內設備、車底設備三部分，系統組成如圖1所示。車頂由超聲波探頭構成，對接觸網放電信號進行實時采集，通過頻域濾波，一方面能夠得到接觸網絕緣子實際的放電信號，另一方面還能濾除車輛運行時的輪軌振動聲、鳴笛聲、風噪聲。車內由計算機構成，存儲并分析超聲信號，車底主要是定位設備，采用光電編碼器和北斗信號進行定位。將超聲探頭安裝在車頂正中央，單個探頭覆蓋20°左右的角度，總共4個探頭共約80°，可以基本覆蓋線路左右上方的絕緣子。探頭距離絕緣子在4～6"m的距離，為較為合適的超聲探測距離。

• 隧道絕緣子放電檢測效果分析

昆明供電段管轄線路位處中國南方，雨季濕度大、隧道多，部分隧道內接觸網絕緣子因長期污穢且未及時清洗而導致污閃、放電的現象屢有發生。其中在南昆客專比較嚴重，絕緣子人工維護較為頻繁，絕緣放電導致的缺陷達1"300余處，因絕緣放電引發的供電故障2起。

2023年5月至2024年9月，昆明供電段對接觸網絕緣子局部放電最為嚴重的南昆客專采用接觸網隧道絕緣子污閃動態檢測系統進行檢測（安裝效果如圖"2所示），特別是在靠近廣西方面的線路區段放電現象最為突出，總共安排動態檢測6次，連續找出了30余處存在接觸網絕緣子放電點，并通過手持局部檢測儀復核確認了29處，準確性達到96.7%。

在南昆客專富寧區間革朗隧道，發現多處放電點，部分支柱絕緣子放電強度甚至超過40"dB，同時能實現里程的定位，放電波形如圖3所示。國外引進的手持式絕緣子放電檢測儀進行測試復核，放電程度已經達到嚴重程度，經過確認，將其更換后，未再出現放電的情況[6]。

結語

（1）提出了一種基于車載方式的接觸網隧道絕緣子污閃的動態檢測技術，相比常規的人工巡視，車載的方式，在檢測效率、維護成本上有了明顯的提升。

（2）在昆明局南昆客專上使用，正確檢測出29處污閃點，該技術具有較高的檢測準確性，同時能夠通過超聲聲壓等級反饋污閃的強度，能夠直觀地評估整個隧道的污閃狀態，作為維修人員檢修維護的依據。

（3）由于絕緣子污閃同絕緣子濕度密切相關，下一步需要將環境濕度同污閃強度緊密關聯，研究相同的污穢程度下，濕度變化同放電信號強度的變化曲線，以便評估在不同的環境下的絕緣子污閃放電程度。

參考文獻

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