淺析接觸網菱形分段絕緣器故障原因與對策

馬 雷，白家琨

0 引言

分段絕緣器是電氣化鐵路接觸網的重要設備，其主要作用是實現接觸網在電氣上的獨立分段，以便于檢修停電作業，因此，分段絕緣器被廣泛用于車站、渡線、存車線、車輛廠、停車庫等地。但由于分段絕緣器擊穿引發的接觸網停電故障時有發生，因此分段絕緣器擊穿故障是目前接觸網運行檢修管理急需解決的一個重要問題。

目前，國內電氣化鐵路安裝的分段絕緣器有很多種，但其中出現最多的是菱形分段絕緣器，本文在分析一起菱形分段絕緣器擊穿事故的基礎上，還對既有線幾種分段絕緣器進行了綜合性能比較，有針對性地提出一些建議和改造方案，借以提高接觸網供電運行的穩定性。

1 菱形分段絕緣器擊穿事故案例

1.1 故障經過

2011 年4 月1 日下午，天氣陰雨，某大型編組站接觸網設備因一次饋線接地跳閘故障（重合失敗），誘發該編組站站場間14 架菱形分段絕緣器相繼擊穿，造成接觸網大面積停電，開閉所多條饋線跳閘且重合失敗，中斷供電時間超過2 h，影響貨車10 列。

1.2 原因分析

（1）陰雨天氣影響，使菱形分段絕緣滑板絕緣強度降低。

（2）編組站站場間菱形分段絕緣器絕緣滑板被受電弓碳滑板磨損并有碳粉附著，絕緣板下堆積碳粉過多導致絕緣水平下降。

（3）菱形分段絕緣器兩端存在壓差，電力機車低速運行，取流大，當受電弓滑板靠近橋式絕緣子端的根部時易產生持續燃燒電弧，使絕緣滑板嚴重燒損碳化造成絕緣強度下降。

（4）目前，大型樞紐站站場大多采用分束供電方式，當開閉所某條饋線發生跳閘，造成永久接地時，站場間或不同饋線間菱形分段絕緣器較長時間處于對地承壓27.5 kV 的狀態，易造成絕緣板擊穿引起其他饋線跳閘，其他饋線跳閘后，其供電范圍邊緣的分段絕緣器又面臨承壓較高、時間較長的情況，極易形成連鎖反應造成大范圍停電的事故。

2 解決對策及改造方案

2.1 既有線分段絕緣器的性能比較

目前，既有電氣化線路采用如下幾種分段絕緣器，且各具特點，具體如下：

（1）菱形分段絕緣器的特點。a.安裝簡便，維護量小；受電弓與其接觸面為閉口結構，對滑板平行于軌面的要求較低，運行安全性較好。b.容易在主絕緣滑道底部吸附滑板粉末形成碳化通道，降低絕緣性能；耐弧能力不好，電氣過渡處易燒損主絕緣滑板。

（2）德國Adtranz 分段絕緣器的特點。a.安裝較復雜，維護量小；受電弓與其接觸面為開口結構，單方向對滑板平行于軌面的要求較高。b.沒有絕緣滑道，不會因受電弓磨損降低絕緣性能；過渡處為全金屬過渡，抗弧能力強。

（3）法國吉斯馬分段絕緣器的特點。a.安裝調整簡便，維護量小；適用于單滑板受電弓，雙滑板受電弓易碰后滑板。b.絕緣滑道與導流板空氣絕緣，絕緣性能較好；絕緣滑道與導流板不接觸，抗弧能力較好。

（4）瑞士AF 型分段絕緣器的特點。a.安裝調整難度大，維護量大；受電弓與其接觸面為開口結構，雙方向對滑板平行于軌面的要求都高。b.絕緣滑道與導流板空氣絕緣，絕緣性能較好；絕緣滑道與導流板不接觸，抗弧能力較好。

2.2 既有線菱形分段絕緣器的維護管理

菱形分段絕緣器在安裝維護和運行安全性方面具有明顯的優勢。目前其在既有線上安裝數量多、應用范圍廣，并且經過多次改進，安裝形式滿足各型導線和安裝位置的需要，但主絕緣滑道底部易吸附滑板粉末形成碳化通道而發生絕緣閃絡擊穿，因此加強既有線菱形分段絕緣器的運行管理勢在必行。

（1）有針對性地確定清掃維護周期。對不同使用條件下的菱形分段絕緣器，應根據實際狀況確定不同的清掃維護周期。維護周期的確定應根據周邊環境污染程度、日均弓架次來確定，及時更換磨損嚴重的絕緣滑道。特別對碳粉附著較嚴重的絕緣滑道底部要使用中性清潔劑進行有效清掃。

（2）提高菱形分段絕緣器的檢修工藝水平。a.絕緣器的滑道安裝要水平，避免造成受電弓過渡不平滑而拉弧。b.消弧角安裝位置要正確平整，以利于消除電力機車通過時因分段絕緣器兩端壓差引發的燃弧。c.吊弦安裝受力要均勻，否則將影響電力機車受電弓在菱形分段絕緣器處的平穩過渡。

2.3 重點處所菱形分段絕緣器的改造方案

為確保既有線V 停（含大型站場分束停電）作業區段人身作業安全，并減少不同饋線間菱形分段絕緣器絕緣擊穿造成的跳閘停電事故，建議對既有線重點處所分段絕緣器進行改造，方案如下：

（1）對于不同饋線（含上下行渡線分段）間的菱形分段絕緣器，建議更換為瑞士AF 型分段絕緣器。瑞士AF 型分段絕緣器絕緣滑道與導流板空氣絕緣，絕緣性能較好，且絕緣滑道與導流板不接觸，抗弧能力較好，其余非重點處所可繼續使用菱形分段絕緣器，工程改造成本不會過高，以北京西站為例：北京西站共有菱形分段絕緣器54 架，而處于不同饋線（含上下行渡線）間的菱形分段絕緣器僅有13 架，可以將上述13 處菱形分段絕緣器更換成瑞士AF 型分段絕緣器，改造完成后可有效避免V 停（含站場分束停電）分段絕緣器擊穿造成人身和設備事故，也可大大降低由于不同饋線間分段絕緣器擊穿造成的接觸網大面積停電故障。

（2）對于站場內日弓架次比較高的分段絕緣器所在處所（如在機務段、折返段，經常作業的貨線、專用線，個別大的運轉場及其渡線），建議采用德國Adtranz 的分段絕緣器，Adtranz 的分段絕緣器沒有絕緣滑道，不會因受電弓磨損降低絕緣性能，且過渡處為全金屬過渡，抗弧能力強，可有效避免分段絕緣器絕緣板因碳粉堆積導致絕緣水平下降而發生絕緣擊穿的情況，保證作業人員的人身安全。

2.4 新建線路分段絕緣器的設計建議

站場間設置過多的分段絕緣器存在很多弊端，安裝分段絕緣器處所容易形成硬點，影響弓網正常運行和取流，甚至引起弓網故障；分段絕緣器絕緣部件檢修清掃周期為3 個月，大量設置增加了檢修維護的工作量，惡劣天氣還易造成分段絕緣器閃絡擊穿，引起跳閘。因此，新建電氣化鐵路接觸網設計中應盡量減少分段絕緣器的設置，建議如下：

（1）樞紐站場采用分場供電的方式替代既有線分束停電方式，可大大減少分段絕緣器的數量。以大型客站北京西站和北京南站為例，北京西站采用分束供電方式，全站設10 臺20 道共有分段絕緣器54 架，而北京南站采用分場供電的方式，全站13 臺24 道，分段絕緣器僅有19 架。由此可見，在滿足使用條件的情況下，應采取分上下行和站場設置電氣分段方式。

（2）站場與站場間的銜接處不宜設置分段絕緣器，而采用五跨（四跨）絕緣錨段關節的形式替代分段絕緣器。如豐西貨運樞紐的Ⅱ、Ⅲ場間電氣絕緣原采用分段絕緣器的結構形式，惡劣天氣下，下行（上行）接觸網設備接地跳閘時，上下行間接觸網銜接處分段絕緣器易發生擊穿故障，對運輸造成重大影響。經過設備改造采用四跨絕緣錨段關節之后，不僅有效改善了弓網關系，而且大大降低了設備故障率。

（3）新建電氣化鐵路中應盡量采用比較先進的新型分段絕緣器。

3 結束語

綜上所述，分段絕緣器是電氣化鐵路接觸網設備的薄弱環節，接觸網設計和施工改造中應減少設置分段絕緣器。既有線重點處所分段絕緣器要給予足夠重視，采取有效對策和解決方案，確保供電設備安全可靠運行。

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