青藏車冷凝水導致連接器絕緣下降原因分析及改進方案探討

胡曉春

（南車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇南京210031）

青藏車冷凝水導致連接器絕緣下降原因分析及改進方案探討

胡曉春

（南車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇南京210031）

在現場調研的基礎上，對青藏客車由于冷凝水產生導致連接器絕緣性能下降的原因進行了分析；提出了對車端連接器結構及其在車體安裝結構的改進方案，制定了現車安裝改進型連接器以驗證其改善絕緣性能的措施并實施，基本解決了青藏客車由于冷凝水導致的干線絕緣問題。并提出了新造客車干線絕緣問題解決方案。

青藏客車；絕緣性能；車端連接器；冷凝水；爬電距離

運裝客車（2008）374號文件《關于明確鐵道車輛電力干線絕緣電阻值標準的通知》中明確規定，運用列車及單車線間絕緣電阻大于2 MΩ。2010年11月，上海車輛段反映南車南京浦鎮車輛有限公司（簡稱：浦鎮公司）生產的25T型青藏客車從拉薩運行回到上海，進行入庫干線絕緣檢測時，發現DC600V干線線間絕緣電阻只有0.5～0.6 MΩ，不符合上述要求。經檢查，是由于車體端墻處KC20DQ型連接器插座有大量了冷凝水，造成整車干線絕緣電阻值下降。

車端連接器的作用是連接車輛供電主干線，其絕緣性能關系到列車的干線絕緣，如果其絕緣性能達不到要求，存在安全隱患。本文針對青藏客車的冷凝水造成DC 600 V車端連接器絕緣性能下降的原因進行分析，并提出了對DC600V連接器進行的改進方案，制定現車安裝改進型連接器以驗證其提高絕緣性能的措施。同時提出對車體安裝結構的改進方案。

1　原因分析

根據調研，青藏客車僅在每年的10月底至次年的4月底，才發生連接器絕緣不良的情況，主要是安裝在端墻上的連接器冷凝水比較嚴重。

1.1連接器插座產生冷凝水的原因

物質遇冷凝結的現象，稱為冷凝。空氣中的水蒸氣遇冷變成水，即為冷凝水。25 T型青藏客車與普通DC600V供電的25 G/T型客車相比，由于增加了制氧機，DC600V干線增加了一倍，因此在端墻上每側各增加了一個KC20 DQ型車端連接器。

在夏季運行時，上海至拉薩區間，車外環境溫度均在10℃以上，溫差不大，不會形成冷凝水。同樣的原因，因為插頭對的內外環境溫差不大，導體通電引起的溫升也不足以產生冷凝水。進入秋季以后，列車運行時的車外環境溫度差異大，端墻連接器后部的端墻夾層相對封閉，其空氣溫度基本保持在上海始發時的空氣溫度（18℃左右），運行至拉薩時，在拉薩至格爾木區間，夜間車外最低溫度可達到-15℃。連接器極柱是傳熱性極好的銅導體，其溫度很快隨之下降。車體內外極大的溫度差以及相對濕度，使連接器表面形成冷凝水。

在冬季，客車車廂內部電暖器工作，車廂內溫度達到23℃。端部走廊溫度較車廂內溫度低，但也能達到16℃左右。無論列車運行在上海還是拉薩，都具備形成冷凝水的條件。

而安裝在端梁上的連接器所處的空間為端梁上的線槽，線槽內空氣溫度隨著列車運行基本與車外空氣溫度一致，所以產生冷凝水的情況較少。但由于制造廠工藝的不同，有的客車端梁處引上線管密封不良，使得端墻處冷凝水流到端梁連接器，以及車上的熱空氣通過引上線管擴散到端梁線槽，與外界空氣產生熱交換，形成了少量冷凝水。再加上車體端墻內外溫差使車內木墻板和外端墻之間的空間形成的冷凝水，在客車運行過程中，振動會使冷凝水處于游離狀態，產生飛濺，端墻結構又相對密封，無法通風，也不能及時把水排出，造成車體端墻處K C20D連接器背部空間內空氣潮濕，冷凝水情況嚴重。

1.2冷凝水導致連接器絕緣不良的原因

青藏客車使用的DC 600 V連接器是青藏專用KC20DQ型連接器，與普通客車K C20D型連接器相比，已經做了如下改進：

（1）在極柱處絕緣凸臺加高，增加了各極柱之間到的爬電距離。

（2）在接線柱處加裝冷縮密封套管，冷縮管收縮將整個端子及螺柱冷縮保護，避免潮濕的空氣與極柱直接接觸產生冷凝水。

但在實際運用中，由于凸臺內有橡膠件與極柱相配合，在有冷凝水的情況下，反而減小了連接器各極柱之間一級極柱與地（外殼）之間的爬電距離。使用的壓縮量不大，冷縮管兩端不能將連接器的極柱完全密封。一旦產生冷凝水，連接器的絕緣性能自然就下降了。

在調研中還發現，連接器前后兩塊絕緣板間的空腔內冷凝水嚴重。其原因是，端墻上產生的冷凝水流到連接器后端絕緣板處，以及絕緣板處產生的冷凝水，通過極柱與絕緣板間隙以及絕緣板與連接器外殼之間間隙進入到連接器內部，導致彈簧、極柱的絕緣護套均有冷凝水附著，造成絕緣不良。

2　改進方案

綜上所述，要提高青藏車連接器現車絕緣性能，應從兩個方面考慮：第一，改進連接器內部結構，使連接器的各相極柱完全隔離，使冷凝水對連接器絕緣性能的影響減到最小；第二，改善連接器安裝環境，減少冷凝水的產生。

2.1連接器結構改進方案

為徹底解決青藏車冷凝水引起的車端連接器絕緣性能下降問題，2011年3月，浦鎮公司與康尼公司合作，共同制定連接器解決方案，并由康尼公司試制產品，進行模擬試驗，模擬試驗結束后再裝車進行驗證。

2.1.1改進后連接器與原KC20DQ連接器區別

在KC20DQ連接器的基礎上，對連接器進行進一步改進，根據上述原因分析，可知要使連接器絕緣性能提高，應使前后絕緣板之間盡量減少冷凝水的產生，各極柱之間完全隔絕密封。由于連接器插頭基本不存在冷凝水問題，故連接器的結構改造僅針對連接器插座。

以下是改進連接器與原KC20DQ連接器的區別：

（1）在連接器前后絕緣板之間，取消襯套，增加密封套，密封套兩側與插座后片絕緣板上的凸臺插合，與前后絕緣板凸臺軸向壓縮，理論壓縮量1.5 mm，同時密封套與前后絕緣板凸臺周向密封，確保密封可靠。

（2）改進后片絕緣板，加高凸臺，凸臺內不設橡膠件，增加接線柱間爬電距離（見圖1）。

（3）更換冷縮管，冷縮管一端與后片絕緣板相連，另一端與電纜相連（見圖2）。

這是一種新型的冷縮管，與原青藏車使用的冷縮管相比，其壓縮比大，密封效果好。

2.1.2方案實施

（1）模擬試驗

在試制改進型產品后，為驗證其絕緣性能是否提高，在康尼公司試驗室進行了模擬試驗。

①試驗目的

通過高低溫試驗箱模擬青藏鐵路應用環境，在連接器有大量冷凝水的情況下，檢測KC20DQ型連接器改進后和改進前各相之間及各相對地之間的介電強度及絕緣電阻，通過數據對比，驗證改進后KC20DQ型連接器的電氣性能提升（見圖1，圖2）。

圖1　改進前后連接器內部結構

圖2　使用新型冷縮管

②試驗方法

將箱內溫度模擬為列車外部環境溫度，而試驗室的室溫，模擬車廂內部溫度（基本為恒定值）。試驗前將連接器插座安裝在高低溫試驗箱箱門上（箱門為康尼公司為安裝連接器插座特別訂制）。連接器插頭在試驗箱內插人插座，給連接器通以額定電流（每相335 A），同時插座極柱處用加濕器局部增加濕度，加劇冷凝水產生，模擬車廂內冷凝水（此冷凝水比實際情況嚴重得多）。高低溫試驗箱溫度設定為-45℃、-30℃、-15℃、0℃、15℃、25℃共6種溫度。在每種溫度情況下，連接器通電4 h后，斷開電源，從箱門拆下連接器，用1 000 V兆歐表測量連接器插座各相極之間及相與地之間的絕緣電阻值，并進行相與相、相與地間的耐壓檢測（按照青藏車耐壓標準：施加5 100 V、1 min，50 Hz無擊穿或閃絡現象，試驗允許最大泄漏電流為0.75 mA。）同樣的方法，對改進前連接器進行模擬試驗，對兩組連接器的檢測結果進行對比，以驗證改進后的連接器是否確實提高了絕緣性能。（見圖3、圖4）。

圖3　連接器插座局部加濕

圖4　改進前連接器插座局部加濕

③試驗結果

通過檢測后的數據發現，改進后連接器絕緣電阻值均到達800 MΩ以上，耐壓檢測全部合格。改進前的連接器絕緣電阻值在-45℃，-30℃試驗后時，其中一相與外殼間絕緣電阻值為90 MΩ，在-15℃試驗后，四相與外殼的絕緣電阻值均為400 MΩ。耐壓檢測時，須將泄露電流值調到1 m A，全部合格。

通過模擬試驗數據對比證明，改進后連接器的絕緣性能比原有連接器確有提高。

（2）裝車驗證方案

在康尼公司完成了模擬試驗后，我們于2011年10月下旬在上海車輛段進行了裝車運行試驗并跟蹤了產品實際運用效果。

裝車試驗方法：選擇一輛餐車及與之連掛的硬座車作為試驗車輛，并僅在車輛一位側換裝改進后連接器插座，包括端墻及端梁連接器插座共8套，二位側連接器不更換。跟蹤車輛每運行一個往返（上海—拉薩，拉薩—上海），在上海車輛段進行車輛入庫檢測時，對安裝了改進型KC20DQ插座的車輛進行單車絕緣檢測，并做好數據記錄，將試驗車輛的一位側干線絕緣電阻值及二位側干線絕緣電阻值進行比較，驗證改進后連接器實際運用中絕緣性能是否提高。

裝車驗證試驗自2011年10月至2012年4月，在此期間，由于溫差產生冷凝水的情況最為嚴重。如果每次檢測的數據都符合要求，就驗證了連接器內部結構改進方案的成功。

（3）裝車驗證實施及絕緣檢測情況

2011年11月12日，浦鎮公司及康尼公司員工在上海車輛段的支持下，將改進后連接器插座KC20DQZ安裝到上海—拉薩青藏列車上，具體車號為893864（餐車），353705（硬座車），每輛車一位側安裝了4個改進后連接器插座。改造后的2輛車于2011年11月15日在上海—拉薩青藏列車上編組運行。

列車由上海出發到達拉薩再返回上海，一個往返需5天時間。浦鎮公司售后人員在上海段進行車輛入庫檢測時，對試驗車輛進行單車絕緣檢測，并將數據如實記錄。

在裝車驗證實施階段，有康尼公司人員參與的絕緣檢測共計6次，檢測結果記錄表見附件1（僅選用其中1次的記錄）。

根據記錄表結果分析，安裝改進后連接器插座的一位側干線與二位側干線相比，絕緣值有較大提高。但是，比預期效果還有差距。特別是負極對地絕緣仍然不良。經過雙方技術人員分析，認為通過連接器來測量車輛干線絕緣，車輛布線對絕緣值有較大影響。因此，有必要將插座與干線分離后進行測量。

2011年12月20日的檢測結果顯示，車輛入庫時的一位側（安裝改進型插座）和二位側的單車絕緣值（負極對地）分別為：0.9 MΩ和0.25 MΩ；在未對車體做任何干燥處理的情況下，將連接器插座后的接線端子斷開（切斷連接器與車體內的線路連接），后檢測，改進后的連接器相極與相極、相極與外殼（地）的絕緣電阻全部大于4 000 MΩ（該改進型連接器已經在上海—拉薩線上運行了7個往返），而未改進連接器2極對外殼（地）的絕緣電阻只有0.45 MΩ。并且在2011年12月27日、2012年01月16日、2012年02月20日的檢測時發現類似的結果，即連接器與干線相連時，干線負極對地絕緣值一位側比二位側略有提高；將連接器與干線斷開后，一位側連接器負極對地絕緣值遠遠大于二位側。由此判斷，連接器改進后，其自身的防冷凝水效果比較突出。

2.2車輛結構改進方案及實施效果

根據以上試驗結果分析，要解決青藏車干線絕緣不良問題，除了對連接器進行改造外，還應采取其他措施改善連接器安裝環境。

方案1：在插座后部加橡膠護套，減少冷熱空氣的交換，從而減少冷凝水產生。如圖5。

方案2：用現有簡易材料（發泡劑、塑料薄膜、密封膠）封堵車上兩端部新鉆的孔、連接器引上線穿線管、波紋底板與端墻間隙。如圖6。

圖5　加橡膠護套

圖6　封堵車上間隙

2012年1月，方案1方案2均在車上進行了試驗驗證，試驗結果顯示，兩種方案都較好的解決了連接器插座后部的冷凝水問題。經過比較，方案2在現有車改造更簡單易行，因此，在2012年春節前，浦鎮公司按方案2在上海車輛段全面實施改造，基本解決了上海車輛段青藏列車干線絕緣不良問題，并得到上海車輛段的認可。

2.3車體安裝結構改進方案

如果連接器的安裝空間位置相對獨立，并與車廂內部有效隔離，連接器表面及內部溫差減小，就不會產生冷凝水，或僅產生少量冷凝水，對連接器絕緣性能的影響較小。

對于新造車，可以加大加高連接器安裝法蘭，并在車廂內部采取隔離措施，用鐵板將端墻外的安裝法蘭完全密封，車內電纜的引出可以使用電纜密封接頭，使連接器插座處于一個相對獨立密封的空間，車廂內的濕暖空氣計入不到這個密封空間。連接器插座安裝環境基本處于車廂外部，與室外溫差很小，這樣就可以減少冷凝水的產生，從而杜絕連接器插座的絕緣不良問題。如圖7。

圖7　車體安裝結構改進方案

此方案青島四方車輛研究所有限公司已經進行了模擬對比試驗，取得了預期效果。見圖8、圖9。

圖8　改進連接器端部安裝結構圖

圖9　模擬車內側結冰圖示（模擬車內溫度28℃，模擬車外溫度-30℃）

此方案的缺陷是，車輛組裝工藝是先將電纜在車內敷設，最后再將電纜與連接器插座連接。由于干線電纜線直徑粗達φ21 mm，電纜在高度為120 mm的安裝法蘭內可調節的余量小，實際接線比較困難。

為此，考慮用一種帶尾翼的橡膠密封墊板來代替密封鋼板及電纜密封接頭，由于橡膠材質的伸縮性，可以有效解決上述問題。

圖10為康尼公司試制的帶尾翼的橡膠密封墊板與改進后的連接器及高度120 mm安裝法蘭的安裝實例，并且已經按照2.1.2的試驗方法進行了模擬試驗。試驗結束后，安裝法蘭內沒有冷凝水，連接器各極絕緣均到≥800 MΩ以上，耐壓檢測全部合格，達到了預期效果。

圖10　安裝實例

3　結束語

由于青藏車的特殊運用環境，冷凝水的產生不可避免。對DC600V車端連接器來說，冷凝水對其產生的影響至關重要。對連接器內部結構的改進方案，經過模擬試驗驗證了改進后連接器絕緣性能的提高。在此基礎上，在上海車輛段進行了改進后連接器的試裝運行，驗證結果表明連接器本身結構的改進起到了有效防止冷凝水的效果。

在進行新造青藏客車的設計時，選用改進型防冷凝水連接器，同時增加安裝法蘭高度，并使用帶尾翼的密封橡膠墊板，三管齊下，一定能夠解決青藏客車由于冷凝水引起的干線絕緣問題。

［1］ TB/T 3063-2011.旅客列車DC600V供電系統技術要求及試驗［S］.

［2］ GB/T 22023-2010.車端動力連接器［S］.

Analysis and Improvement Scheme of the Connector Insulation Decrease Caused by Condensation Water on the Qinghai-Tibet Railway

HU Xiaochun
（CSR Nanjing Puzhen Rolling Stock Co.，Ltd.Nanjing 210031 Jiangsu，China）

On the basis of practical investigation，the Qinghai-Tibet passenger cars because of condensed water generated result in connector insulation causes performance degradation are analyzed.An improvement scheme of the car terminal connector structure and the installation structure for vehicle body is proposed，and the car mounted improved connector is formulated in order to verify the measures of the insulation performance improvement，which basically solved the Qinghai Tibet passenger cars isolation problem caused by condensed water.The solution of trunk insulation for new passenger cars is put forward.

Qinghai-Tibet passenger cars；insulation performance；car terminal connector；condensed water；creepage distance

U279.3+3

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.22

1008-7842（2015）04-0094-05

8—）女，苗族，高級工程師（

2015-02-11）