接觸網電分段電壓差產生電弧現象的研究分析

牛麗霞

【摘 要】近年來電氣化鐵路多次發生機車通過接觸網電分段時產生電弧現象，燒傷承力索、接觸線，甚至造成接觸網斷線事故，對電氣化鐵路安全運營造成一定影響。論文通過對接觸網電分段產生電弧現象原理進行討論，分析電壓差產生電弧的原因，并提出一些改進措施。

【Abstract】In recent years， the arc phenomenon occurred many times when the train passing the overhead line system electric sectioning in electrified railways， it burns the bearing cable and contact lines， even causes the catenary failure， causes certain influence for the safe operation of electrified railway. Based on the analysis of principle of arc phenomenon in catenary electric sectioning， paper analyzes the reasons of arc phenomenon， and puts forward some improvments.

【關鍵詞】接觸網；電分段；電弧

【Keywords】overhead line system ； electric sectioning； arc

【中圖分類號】U225 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0158-02

1 引言

隨著國內鐵路快速發展，電氣化接觸網系統在鐵路運輸中起到的作用日趨明顯。在電氣化鐵路中，為了實現同相電氣隔離，機車受電弓能夠順利通過，在較大站場設置接觸網電分段。通過近幾年機車通過電分段發生的故障來看，接觸網電分段作為關鍵設備，經常會出現電弧現象，會燒傷接觸網線索，甚至出現接觸網斷線事故，同時對接觸網作業產生安全隱患。因此本文通過對電分段產生電弧原理進行討論，分析電壓差產生電弧的原因，并提出一些改進措施。

2 接觸網電分段

接觸網電分段主要是用于同相電在不同饋線之間產生電氣隔離的設備。在供電設備復雜區段，劃清不同供電單元，做到靈活供電。遇到設備檢修或應急搶修時，可以縮小停電范圍。接觸網電分段從設計角度來說可以分為器件式電分段和絕緣錨段關節式電分段（本文主要討論隔離開關在分位情況）。

2.1 器件式電分段

器件式電分段一般使用分段絕緣器，一般安裝在上下行分段、站場供電、機務整備和車務裝卸等處所，絕緣性能良好，具有靈活供電的作用，減少接觸網天窗檢修對運輸的影響。部分分段兩端電壓差可達上千伏，可產生幾百安的電弧，多數絕緣分段器在電弧的燒灼下，材質迅速老化，機械性能和電氣性能下降，對設備安全運行和人員檢修作業帶來隱患。

2.2 絕緣錨段關節式電分段

絕緣錨段關節式電分段主要是利用關節兩側接觸網懸掛結構之間空氣絕緣間隙起電分段作用，同時設置常開隔離開關，一般在車站、較大站場兩側設置安裝絕緣錨段關節，其絕緣性能通過空氣絕緣間隙來滿足35kV電壓等級。絕緣錨段關節式電分段參數出現超標或其他因素影響容易產生接觸網故障。如2017年XX局XX聯絡線發生接觸網斷線事故，其具體故障地點就在絕緣錨段關節式電分段處。

3 接觸網電分段產生電弧的分析

3.1 器件式分段產生電弧分析

①外部環境影響。鐵路沿線附近存在污染源，尤其是粉塵污染。長時間分段絕緣器絕緣部分會附著污穢，在陰雨潮濕的環境中會大大降低絕緣部分閃絡電壓。當一側饋線停電時，另一側帶電部分形成的電壓差使薄弱的絕緣部分導通，使主絕緣燒損。②接觸網結構設計影響。分段絕緣器兩側距變電所饋出線的距離不同，產生的阻抗相應也不同，加之兩側牽引負載也不同，運行中的分段絕緣器兩端本身存在數百或數千伏的電壓差。機車受電弓在正常經過分段絕緣器時，受電弓滑板會同時導通分段兩側滑道。當負荷電流由一側轉換到另一側時，相當于電路的打開，再次閉合的過程。假如該分段絕緣器兩端電壓相等，受電弓平滑通過，若該分段絕緣器兩端存在電壓差，機車帶負荷通過時，則會產生程度不同的電弧。③接觸電阻的影響。分段絕緣器在接頭線夾、導流轉換部分容易出現硬點，造成過渡不平穩，受電弓在經過接頭線夾時可能產生一定的沖擊，致使受電弓瞬間分離分段絕緣器滑道，分離過程中有空氣間隙致使接觸電阻增大，機車牽引負荷電流不能切斷時，會使局部溫度升高，產生電弧。

受電弓滑板日常運行中產生一定的磨耗，幾何尺寸方面不能和分段絕緣器滑道緊密接觸，如果出現虛接的情況下，接觸網局部電阻會明顯變大，從而產生電弧。

3.2 絕緣錨段關節電分段產生電弧分析

①接觸網結構設計影響。絕緣錨段關節兩支接觸懸掛所在饋線上網點與絕緣錨段關節間的距離不同，甚至相差較大。同時兩側電力機車行車密度不同，致使兩支接觸懸掛存在較大電位差，電力機車通過時產生電弧。機車若處于上坡道提速取流工況下，受電弓在兩條饋線過渡轉換處，連通兩側不平衡負荷，造成絕緣錨段關節斷口處持續燃弧并燒傷接觸線。②絕緣錨段關節特殊位置影響。當絕緣錨段關節電分段距離調車信號較近時，調車信號開放之后，電力機車啟動并進入絕緣錨段內，此時機車行駛速度很慢，會造成強烈拉弧，燒傷接觸網線索。另一方面機車司機容易將機車錯誤停在絕緣錨段關節內，受電弓與工作支接觸良好，但與非工作支接觸不良，兩者有電壓差ΔU，會產生拉弧，對接觸網線索造成損壞。

3.3 接觸網電分段產生電位差原理分析

從以上器件式電分段和絕緣錨段關節式電分段產生電弧的分析，可以發現主要原因還是接觸網電分段處存在電位差。現對電力機車運行經過接觸網電分段情況進行簡化分析。接觸網電分段兩側饋線l1和l2長度不一樣，相應接觸網阻抗Z1和Z2也不一樣。A、B兩端機車密度不同，牽引負荷也不一樣。AB端電壓差ΔU=Z1I1-Z2I2，從式中得出：①電分段兩側供電臂長度不同，對應的阻抗不同。②取流地點不同會影響電壓差。③供電臂車輛密度不同引起電流不同，相應引起電壓差。

4 防范措施

針對接觸網電分段電壓差引起電弧對接觸網線索的損害，我們需從源頭設計和日常檢查方面制定一些防范措施，設備隱患及早發現，及早處理，減少對運輸產生的影響。

4.1 加強分段絕緣器絕緣清掃

根據分段絕緣器運行環境、投入使用時間長短等因素，實行差異化檢修周期，重污染區段要重點關注，根據現場情況縮短清掃周期。在惡劣天氣下安排班組加強巡視和清掃作業，防止主絕緣臟污發生閃絡或擊穿故障。

4.2 從接觸網設計源頭卡控

一是接觸網設計中合理設置兩條饋線長度，不能相差過大；二是合理安排兩條饋線內的機車數量，取流負荷不能相差太大；三是接觸網設計中，合理設置信號機與電分段之間的距離，防止電力機車意外停在接觸網絕緣錨段關節電分段內；四是對絕緣錨段關節電分段所處位置的坡度合理設置，不能設置過大。

4.3 對接觸網電分段加強日常巡視檢查

利用添乘、線下巡視和天窗檢查等方式對管內接觸網電分段進行巡視檢查，巡視檢查重點：①對絕緣錨段關節電分段（隔離開關在分位）且接觸網由不同饋線供電的處所進行統計，并分別對絕緣錨段關節兩側饋線供電范圍內的接觸懸掛長度進行統計，并建立臺賬。②對關節處所線路坡度進行現場核對。③測量絕緣錨段關節接觸懸掛參數。④夜間觀察電力機車通過電分段（隔離開關在分位）時是否有拉弧現象。⑤各車間安排人員添乘電力機車，并記錄電力機車儀表盤上通過絕緣錨段關節（隔離開關在分位）前后的網壓。⑥定期對絕緣錨段電分段進行檢查維護，對絕緣錨段關節兩轉換柱間承力索和接觸線進行檢查，是否有燒傷痕跡，對有燒傷較嚴重的處所進行局部補強或更換，也可在承力索安裝保護條防止燒傷。

4.4 電力機車行駛條件限制

在設備既有條件下，電力機車在通過電分段時要保持一定的速度，防止長時間的拉弧對承力索和接觸線的傷害。另一方面在機車停車位置選擇方面不能讓電力機車在絕緣錨段關節電分段內部停車。

5 結語

接觸網電分段在牽引供電中有具有一定的靈活性和重要性，利用接觸網電分段縮短停電范圍，減少接觸網檢修對運輸造成的影響。接觸網電分段處往往由于各種原因引起電氣燒傷問題，甚至出現斷線故障。燒傷問題在前期也很難被發現，安全隱患較大，因此接觸網運營單位對電分段的安裝和運營提出更高的要求。本文通過對電分段的介紹，對電分段產生電弧的原因進行分析，得出電分段電壓差是產生電弧的主要原因，并提出一些改進措施。將設備機械與電氣特性相結合，對鐵路供電設備安全運行有很重要的意義。

【參考文獻】

【1】TG/GD115-2017 接觸網安全工作規則[S].

【2】吉鵬宵，張桂林.電氣化鐵路接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2007.

【3】中國鐵路總公司.接觸網運行維修規則[Z].北京：中國鐵道出版社，2015.