車頂用復合外套絕緣子的風沙試驗研究

林長凌

（溫州益坤電氣有限公司，浙江溫州325401）

車頂用復合外套絕緣子的風沙試驗研究

林長凌

（溫州益坤電氣有限公司，浙江溫州325401）

介紹了動車組車頂用復合外套絕緣子材料的模擬抗風沙試驗，了解復合外套的傘裙變形、撕裂、磨損及表面憎水性等情況。對絕緣子復合外套材料在風力強勁的高原沙漠環境下的適用性進行了試驗研究。根據產品所使用的環境和特點，對高溫硫化硅橡膠傘裙外套材料的配方進行了完善與改進；并通過模擬風帶動沙塵懸浮形成沙塵的風沙試驗；通過試驗結果表明，復合外套絕緣材料具有耐磨、抗撕裂等特點，達到所確定的試驗內容要求和技術規范要求。

復合外套；絕緣子；風沙試驗

隨著我國電氣化鐵路的迅速發展，動車組、電力機車遍布全國各地。由于我國地域遼闊，沙漠較多，沙漠分別分布在新疆、內蒙古、陜西、寧夏、河北、遼寧、甘肅等7省區境內。動車組、電力機車要在上述地區惡劣環境下正常運行，對車頂用復合絕緣子產品的要求越來越高。長期在高原沙漠環境下運行的產品，外套表面容易沉積沙塵，由于沙塵引起的間隙放電特性變化主要是由陰極表面沉積沙塵引起，沙塵導致絕緣子的閃絡電壓明顯降低，且其內閃絡電壓隨沙粒所帶電量增加而減少，隨風速的增大而增大［1-2］。在高速運行下其外套傘裙的變形、撕裂、磨損情況發生變化而不能恢復以及外套表面憎水性變差，容易造成外絕緣閃絡，并危及動車組、電力機車的安全正常運行。目前，GB/T 2423.37－2006《電子電工產品環境試驗》標準中的沙塵試驗［3］只針對電子產品作了要求，對高壓電氣產品未任何要求。現國內、外對高壓電氣產品的風沙試驗均無標準。因此我們會同軌道客車制造廠，根據所使用環境條件：氣溫－40℃～＋45℃；相對濕度≤95%（該月月平均最低溫度為25℃），海拔高度≤3 600 m，地震烈度（最高動峰值加速度）0.3 g，最大風速一般年份15 m/s，偶有33 m/s，沿線基本為戈壁地貌，多沙塵且沙子細膩，有風、沙、雨、雪、沙塵暴等天氣，偶有鹽霧、酸雨等現象，運營速度200～250 km/h。同時結合高寒、高溫、風沙、鹽霧性氣候、冰融等惡劣環境條件，共同確定復合絕緣子的抗風沙試驗內容及要求。驗證絕緣子用硅橡膠傘裙在風沙作用下的抗撕裂性、磨損性、憎水性等適應性。

1 風沙試驗的設備

本次試驗采用低速風洞（0～56.9 m/s）、靠背管風速測量系統（0～100 m/s）、天平（0～5 kg）等設備。試驗在風洞試驗箱體內進行，試驗段截面直徑為1.1 m，長0.8 m。本次試驗只進行最大風速下加入沙塵顆粒。

2 風沙試驗內容與方法

由于現國內、外均無高壓電氣產品絕緣風沙試驗標準，故本次風沙試驗內容由用戶與軌道客車制造廠根據動車的技術規范和運行環境條件要求，共同確定。

模擬風沙試驗項目要求：確定沙塵顆粒0.25 mm，速度為56 m/s，時間分別為20，30，50，80 min，2 h 5個時間段；風沙試驗后，傘裙外套不允許有撕裂、磨損現象，傘裙變形≤3 mm以下，憎水性要求在HC4～HC5；根據GB 311.1－1997《高電壓輸變電設備的絕緣配合》［5］第3.4條對于海拔高于1 000 m但不超過4 000 m處設備的外絕緣，海拔每升高100 m電氣絕緣強度降低1%左右；結合JB/T 7573《高原環境條件下電工產品通用技術條件》［6］規程，在海拔0～5 000 m范圍內海拔每升高1 000 m，產品的外絕緣強度降低8%～13%，隨著海拔升高其閃絡電壓也降低。尤其動車組在高寒、高溫、風沙、冰融等惡劣環境條件下運行，空氣溫度的日溫差較大，會使設備容易產生變形、龜裂，甚至斷裂。結合運行環境和技術條件要求，進行海拔系數校正，對外絕緣工頻耐受電壓（1 min）確定為135 k V，并對每個風沙試驗時間段內的產品進行工頻耐受電壓試驗，達到無擊穿、無閃絡現象。風沙試驗前將產品安裝在風洞試驗箱體中間，并用鋼管等固定好試驗品（見圖1）。在試驗過程中通過風洞高速段位置加入顆粒0.25 mm的沙塵，并調整風機導流器，全部打開至90°使風速達到56.9 m/s，通過風帶動沙塵懸浮形成沙塵含量為900g/m3風沙試驗條件，試品在風沙環境下作用時間分別為20，30，50，80 min，2 h后取出，觀測其傘裙變形情況、撕裂情況、磨損情況及外表面憎水狀態。并逐一對產品進行工頻耐受電壓（1 min）試驗。

3 試驗與檢查結果

根據確定的試驗內容要求，觀測在風沙試驗后產品的迎風面和背風面被風沙作用后的傘裙變化、撕裂、磨損狀況及外套表面憎水性情況。從圖2、圖3中可以看出絕緣子產品在風沙作用后迎風面和背風面均沉積了一定的沙塵，背風面較之迎風面沙塵沉積量相對較多，經檢查傘套外形及傘套表面未見明顯的變化、傘裙未見磨損、開裂和撕裂等異常現象。

外套表面憎水性的檢查，用普通的噴霧瓶，噴霧瓶裝滿水，對產品表面進行噴霧，在20～30 s內的噴水量應為10～30 cm3，在噴水結束后的10 s內應進行濕潤度的測量。產品迎風面和背風面的憎水性，是依據GB/T 24622－2009標準［4］的HC法要求來判斷，迎風面憎水性分別表現為HC3～HC4之間，背風面憎水性分別表現為HC4～HC5（見圖4、圖5）。

外套工頻耐受電壓試驗：由于絕緣子在正常環境、海拔高度小于1 500 m下，產品的工頻耐受電壓為85 k V；復合外套絕緣子閃絡電壓是隨著沙塵沉積量的增多而變化，并有霧氣環境下復合外套絕緣子的交流閃絡電壓降低。考慮到產品是在惡劣環境下運行的因素，對模擬風沙試驗后的產品外套表面上噴灑霧水，進行工頻耐受電壓試驗。風沙試驗后對樣品檢查與試驗情況見表1。

從表中檢查試驗的結果可看出，通過各時間段模擬抗風沙試驗，經外觀檢查表面無磨損、無開裂與撕裂等現象；傘裙變形小于3 mm，表面的憎水性良好；施加工頻耐受電壓135 k V（1 min）試驗，均無出現擊穿閃絡現象。因此滿足所確定的試驗內容和技術規范要求，該絕緣子能在惡劣的風沙環境下正常可靠的運行。在檢查中發現風沙作用時間越長，外套表面所附的沙塵越多，憎水性能變低。交流閃絡電壓必然會降低，但這次試驗的絕緣耐受電壓能滿足要求。在實際的運行中，很有必要對外套進行清洗維護，確保動車組安全運行。

4 結束語

本文對車頂用復合外套絕緣子通過的模擬風帶動懸浮形成沙塵的風沙試驗，了解了復合外套在各時間段傘裙的變形、撕裂、磨損、表面憎水性等情況及工頻耐受電壓（1 min）試驗情況。復合絕緣子外套具有耐磨、抗撕裂等特點，能滿足所確定的試驗內容和技術規范要求。從各時間段試驗后檢查對比發現風沙作用時間越長，外套表面沉積的沙塵越多，憎水性變差。至于風沙試驗具體時間的確定，有待于繼續研究。通過試驗結果表明對今后制定風沙試驗標準與研究風沙地區用的復合外套絕緣子的特性有著參考價值。

［1］ 中國鐵路總公司運輸局.TG/CL311－2013動車組避雷器技術條件暫行規定［S］.2013.

［2］ 司馬文霞，吳 亮，楊 慶，等.沙塵對電力系統外絕緣電氣特性影響分析［J］.高電壓技術2008，（1）：16-20.

［3］ 中華人民共和國國家質量監督檢疫總局、中國國家標準委員會.GB/T 2423.37－2006.電子電工產品環境試驗第2部分試驗方法L：沙塵試驗［S］.北京：中國標準出版社，2006.

［4］ 中華人民共和國國家質量監督檢疫總局、中國國家標準委員會.GB/T 24622－2009.絕緣子表面濕潤性測量導則［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［5］ 國家技術監督局.GB 311.1－1997.高壓輸變電設備的絕緣配合［S］.北京：中國標準出版社，1997.

［6］ 中華人民共和國機械工業部.JB/T 7573.高原環境條件下電工產品通用技術條件［S］.北京：機械科學研究院出版，1994.

Sand Test Study of Composite Jacket Insulator Used in the Roof

LIN Changling
（Wenzhou Yikun Electric Co.，Ltd.，Wenzhou 325401 Zhejiang，China）

This paper introduces the simulated wind resistance test of composite jacket insulator used in EMU roof，together with the composite jacket＇s umbrella group deformation，tear，abrasion and surface hydrophobic.The applicability of the insulator composite sleeve material in the strong wind of the plateau and desert environment were studied.According to the application environment and characteristics of the product，the high-temperature vulcanized silicon rubber umbrella skirt jacket materials were improved and perfected.The sand test for simulation of wind driven sand dust suspended formation dust was passed.Test results show that the composite jacket insulation material has the characteristics of abrasion resistance and tear resistance，and can reach the determined test content requirements and technical specification requirements.

composite jacket；insulator；sand test

U225.4＋3

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.33

1008－7842（2014）06－0128－03

3—）男，工程師（

2014－06－19）