付 仇 上海鐵路局杭州供電段

蕭甬線分段絕緣器常見(jiàn)故障原因分析及處置方法

付 仇 上海鐵路局杭州供電段

分段絕緣器是電力機(jī)車通過(guò)線岔的主要電氣連接設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)是否良好是運(yùn)輸暢通的關(guān)鍵因素之一。通過(guò)對(duì)蕭甬線采用的北京縱橫分段絕緣器常見(jiàn)故障現(xiàn)象及原因的分析，提出整改處置措施。

分段絕緣器；常見(jiàn)故障；原因分析；處置措施

分段絕緣器是接觸網(wǎng)常見(jiàn)設(shè)備，也是關(guān)鍵設(shè)備之一。它是電力機(jī)車通過(guò)線岔的主要電氣連接設(shè)備，是不同供電單元電氣隔離設(shè)備，也是受力器具。絕緣滑道的平順、絕緣棒的耐壓性能、機(jī)械強(qiáng)度、安裝工藝等都是制約供電暢通、運(yùn)輸有序的關(guān)鍵因素。通過(guò)北京縱橫分段絕緣器在蕭甬線運(yùn)行四年情況的收集總結(jié)，對(duì)其常見(jiàn)故障現(xiàn)象及原因進(jìn)行剖析，提出整改措施。

1 北京縱橫分段絕緣器的原理結(jié)構(gòu)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

北京縱橫分段絕緣器是中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所（北京縱橫機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)公司）根據(jù)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《25kV電氣化鐵道接觸網(wǎng)用分段絕緣器》(TB/T 3036-2002)和鐵科院機(jī)車車輛研究所標(biāo)準(zhǔn)《25 kV電氣化鐵道接觸網(wǎng)用分段絕緣器》（JLB 058-2005）設(shè)計(jì)、制造，為滑道式分段絕緣器。該型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 北京縱橫分段絕緣器結(jié)構(gòu)圖

同國(guó)內(nèi)外類似滑道式分段絕緣器一樣，北京縱橫分段絕緣器由上下兩部分組成，分別連接接觸線與承力索。上部主要是絕緣棒與承力索相連，下部主要有導(dǎo)流滑道、絕緣滑道、消弧角和接頭線夾等部件組成，與接觸線相連。

與其它分段方式相比改進(jìn)的地方有：①空氣絕緣間隙由220 mm擴(kuò)大到300mm；②重新設(shè)計(jì)了消弧角隙，在壓差10kV、電流500 A、COSΦ=0.3的條件下，其消弧時(shí)間＜2 s；③絕緣滑道為環(huán)氧玻璃鋼復(fù)合材料，采用拉擠工藝成型，表面涂覆耐電痕、抗老化材料。底面添加微粒陶瓷，硬度高，耐磨損；④導(dǎo)流滑道采用高強(qiáng)度銀銅合金，截面為6×28 mm，載流能力大于所有型號(hào)的接觸線。

2 北京縱橫分段絕緣器常見(jiàn)故障

（1）懸吊螺旋扣脫落

2009年9 月，浙蕭聯(lián)絡(luò)線檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)懸吊螺旋扣脫落，如圖2所示。

圖2 懸吊螺旋口脫落

（2）燕尾板斷裂

2009年12 月，余姚西站檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)燕尾板斷裂，如圖3所示。

圖3 燕尾板斷裂

（3）滑道受拉弧燒損

2010年3 月、5月，洪塘鄉(xiāng)班組站I場(chǎng)與III場(chǎng)，巡視發(fā)現(xiàn)滑道受拉弧燒損，如圖4所示。

圖4 導(dǎo)流滑倒因拉弧燒損

（4）橋絕緣子鋼圈銹蝕開(kāi)裂

2010年9 月，分別在慈城站、紹興站、洪編站III場(chǎng)、莊橋站檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)橋絕緣子頂端鋼圈銹蝕開(kāi)裂現(xiàn)象，如圖5所示。

圖5 橋絕緣子頂部鋼圈開(kāi)裂銹蝕

3 北京縱橫分段絕緣器主要原因分析及處置措施

（1）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看及其他車站巡檢結(jié)果查知，北京縱橫分段絕緣器懸吊螺旋扣懸吊連接方式存在設(shè)計(jì)缺陷，原螺桿型式為OO型，螺桿與螺旋扣本體無(wú)鎖死固定裝置，長(zhǎng)期震動(dòng)螺桿從螺旋扣本體滑脫引起脫落。

鑒于此，必須從懸吊螺旋扣連接方式入手，對(duì)螺桿二次加工，使螺桿型式由OO改為UU，兩端通過(guò)銷軸（開(kāi)口銷）分別與既有吊索和導(dǎo)流滑道側(cè)連接。吊索端的銷軸直徑為8mm，導(dǎo)流滑道端的銷軸直徑為6 mm。新式螺旋扣鎖緊螺母的緊固力矩均為13 Nom。開(kāi)口銷端頭均須掰開(kāi)并彎折45°。

（2）在TK-XFHP-1.60T（G）型分段絕緣器中，燕尾板一端連接滑道，一端通過(guò)線夾連接接觸線。被發(fā)現(xiàn)的燕尾板斷裂發(fā)生在蕭甬電化開(kāi)通約一年之際，通過(guò)對(duì)受電弓檢查基本排除外界影響導(dǎo)致其物理斷裂。經(jīng)過(guò)對(duì)故障設(shè)備送部檢測(cè)得知，該批次燕尾板采用的不銹鋼材質(zhì)中含鎳量不符合要求，導(dǎo)致元件機(jī)械強(qiáng)度不足。

蕭甬線共有北京縱橫分段73處。一方面成批更換合格的燕尾板，同時(shí)建議廠家改進(jìn)設(shè)計(jì)，對(duì)原分段進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，通過(guò)改進(jìn)接觸線線夾接頭和增加滑道長(zhǎng)度等技術(shù)手段達(dá)到取消燕尾板的目的，從而從根本上杜絕設(shè)備隱患。

（3）分段絕緣器的導(dǎo)流滑道與絕緣滑道交叉設(shè)置，通過(guò)橋絕緣子實(shí)現(xiàn)不同供電單元的分隔?；罒龘p主要是因?yàn)殡娏C(jī)車受電弓通過(guò)時(shí)放電拉弧所致。原因主要有：

①一般說(shuō)來(lái)，分段絕緣器兩端供電臂都由同一牽引所(分區(qū)所或開(kāi)閉所)供電，電壓等級(jí)都為27.5 kV。但實(shí)際上經(jīng)過(guò)不同程度的壓損，分段兩端電壓值和相位角不可能完全一致，勢(shì)必出現(xiàn)電位差和相位差。受電弓通過(guò)時(shí)不可避免出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象。

②受鐵路沿線工礦企業(yè)產(chǎn)生的廢氣、粉塵等外界大氣污染的影響，以及鐵路機(jī)車在運(yùn)行時(shí)，內(nèi)燃和蒸汽機(jī)車排放的廢氣和電力機(jī)車受電弓滑板摩擦產(chǎn)生的碳粉也會(huì)直接污染分段絕緣器，惡劣天氣時(shí)影響極為明顯。這致使絕緣滑道的耐壓等級(jí)不斷降低，導(dǎo)流滑道的抗腐蝕性能不斷減弱。

③安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。北京縱橫分段絕緣器負(fù)馳度必須保持在15~30 mm，但實(shí)際安裝過(guò)程中分段負(fù)馳度往往達(dá)不到理論值，有的甚至無(wú)負(fù)馳度，因此形成的設(shè)備硬點(diǎn)也易引起拉弧。為了避免或減小拉弧燒損滑道，須按照《接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程》〔中關(guān)于“絕緣部件清掃”的規(guī)定：分段絕緣器“3～6個(gè)月”的要求做好滑道碳粉的清掃、滑道狀態(tài)的檢查以及負(fù)馳度的調(diào)整，保證分段本身運(yùn)行狀態(tài)良好。

（4）分段絕緣器橋絕緣子不但分隔不同供電單元，同時(shí)亦是機(jī)械受壓設(shè)備。2010年9月在蕭甬線4個(gè)車站發(fā)現(xiàn)的橋絕緣子鋼圈開(kāi)裂故障，又是整批次設(shè)備問(wèn)題。通過(guò)技術(shù)部門(mén)與材料供應(yīng)商研析，并將故障設(shè)備送鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心金屬化學(xué)檢驗(yàn)站進(jìn)行了檢驗(yàn)。從檢驗(yàn)報(bào)告看出，開(kāi)裂的接頭材質(zhì)與304#不銹鋼的化學(xué)成分相去甚遠(yuǎn)（見(jiàn)表1）。其中化學(xué)元素碳超出標(biāo)準(zhǔn)值50%，鉻為標(biāo)準(zhǔn)值的61%（平均值），化學(xué)元素鎳近乎于無(wú)。由于鎳為不銹鋼在常溫下形成奧氏體的重要元素，由此推斷，材質(zhì)并非鉻鎳系奧氏體不銹鋼。

表1 送檢橋絕緣子接頭材質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由于材質(zhì)并非鉻鎳系奧氏體不銹鋼，接頭開(kāi)裂的原因可能是：

①接頭在扣壓加工中，材質(zhì)由于塑性變形誘發(fā)相變而生成馬氏體，扣壓部位除在表面發(fā)生形變外，還有可能在組織內(nèi)出現(xiàn)沿晶斷裂。

②由于橋絕緣子使用金屬和復(fù)合材料制造，接頭扣壓后不能通過(guò)人工時(shí)效處理以消除其殘余應(yīng)力，只能經(jīng)過(guò)自然時(shí)效處理消除其殘余應(yīng)力。如果扣壓部位存在肉眼觀察不到微缺陷（瑕疵），就會(huì)由于殘余應(yīng)力的存在而擴(kuò)展，最終導(dǎo)致接頭開(kāi)裂。

③在沿海的大氣環(huán)境下，材質(zhì)的先天缺陷由于鹽霧的侵蝕和殘余應(yīng)力的存在而擴(kuò)展，最終導(dǎo)致接頭開(kāi)裂。

④金屬接頭與玻璃鋼芯棒的膨脹系數(shù)不同，非鉻鎳系奧氏體不銹鋼的塑性和韌性較差，在大氣溫度變化的影響下，存在先天缺陷的金屬接頭發(fā)生開(kāi)裂。

⑤接頭與玻璃鋼芯棒的配合間隙達(dá)到極限或超出標(biāo)準(zhǔn)，扣壓部位的形變擴(kuò)大，超過(guò)了所用材質(zhì)的強(qiáng)度極限。

由于此問(wèn)題更為普遍，影響面更廣，決定對(duì)整批次73臺(tái)分段絕緣器主絕緣棒、橋絕緣子進(jìn)行了更換。同時(shí)對(duì)新更換的絕緣子建立質(zhì)量追蹤制度，后續(xù)檢修巡視時(shí)重點(diǎn)關(guān)注絕緣子各部件狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

分段絕緣器設(shè)置地點(diǎn)比較特殊，一般安裝于車站咽喉區(qū)，受運(yùn)輸制約影響大，多供電臂停電難度大，且站場(chǎng)垂停時(shí)間較短，要做到全面精細(xì)檢修困難比較突出。為了保證分段絕緣器運(yùn)行平穩(wěn)，首先要保證上線設(shè)備質(zhì)量達(dá)標(biāo)，設(shè)備管理單位做好驗(yàn)收確認(rèn)，安裝調(diào)整符合技術(shù)規(guī)范，同時(shí)在后期運(yùn)行巡檢過(guò)程中加強(qiáng)各元器件狀態(tài)盯控，把設(shè)備隱患消除在萌芽狀態(tài)。

[1]接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社.2007.

[2]于萬(wàn)聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng).成都:西南交通大學(xué)出版社.2003.

[3]方海龍.分段絕緣器常見(jiàn)故障成因及防治分析.上海鐵道科技.2008.

[4]苗為民.關(guān)于分段絕緣器運(yùn)行問(wèn)題的研究.鐵科院機(jī)車車輛研究所.2009.

責(zé)任編輯：許耀元 宋立成

來(lái)稿日期：2013-05-10