蕭甬線分段絕緣器常見故障原因分析及處置方法

付 仇 上海鐵路局杭州供電段

蕭甬線分段絕緣器常見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車通過線岔的主要電氣連接設備，其運行狀態(tài)是否良好是運輸暢通的關鍵因素之一。通過對蕭甬線采用的北京縱橫分段絕緣器常見故障現象及原因的分析，提出整改處置措施。

分段絕緣器；常見故障；原因分析；處置措施

分段絕緣器是接觸網常見設備，也是關鍵設備之一。它是電力機車通過線岔的主要電氣連接設備，是不同供電單元電氣隔離設備，也是受力器具。絕緣滑道的平順、絕緣棒的耐壓性能、機械強度、安裝工藝等都是制約供電暢通、運輸有序的關鍵因素。通過北京縱橫分段絕緣器在蕭甬線運行四年情況的收集總結，對其常見故障現象及原因進行剖析，提出整改措施。

1 北京縱橫分段絕緣器的原理結構及技術標準

北京縱橫分段絕緣器是中國鐵道科學研究院機車車輛研究所（北京縱橫機電技術開發(fā)公司）根據鐵道行業(yè)標準《25kV電氣化鐵道接觸網用分段絕緣器》(TB/T 3036-2002)和鐵科院機車車輛研究所標準《25 kV電氣化鐵道接觸網用分段絕緣器》（JLB 058-2005）設計、制造，為滑道式分段絕緣器。該型結構如圖1所示。

圖1 北京縱橫分段絕緣器結構圖

同國內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的地方有：①空氣絕緣間隙由220 mm擴大到300mm；②重新設計了消弧角隙，在壓差10kV、電流500 A、COSΦ=0.3的條件下，其消弧時間＜2 s；③絕緣滑道為環(huán)氧玻璃鋼復合材料，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導流滑道采用高強度銀銅合金，截面為6×28 mm，載流能力大于所有型號的接觸線。

2 北京縱橫分段絕緣器常見故障

（1）懸吊螺旋扣脫落

2009年9 月，浙蕭聯絡線檢修時發(fā)現懸吊螺旋扣脫落，如圖2所示。

圖2 懸吊螺旋口脫落

（2）燕尾板斷裂

2009年12 月，余姚西站檢修時發(fā)現燕尾板斷裂，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場與III場，巡視發(fā)現滑道受拉弧燒損，如圖4所示。

圖4 導流滑倒因拉弧燒損

（4）橋絕緣子鋼圈銹蝕開裂

2010年9 月，分別在慈城站、紹興站、洪編站III場、莊橋站檢修時發(fā)現橋絕緣子頂端鋼圈銹蝕開裂現象，如圖5所示。

圖5 橋絕緣子頂部鋼圈開裂銹蝕

3 北京縱橫分段絕緣器主要原因分析及處置措施

（1）經現場查看及其他車站巡檢結果查知，北京縱橫分段絕緣器懸吊螺旋扣懸吊連接方式存在設計缺陷，原螺桿型式為OO型，螺桿與螺旋扣本體無鎖死固定裝置，長期震動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，對螺桿二次加工，使螺桿型式由OO改為UU，兩端通過銷軸（開口銷）分別與既有吊索和導流滑道側連接。吊索端的銷軸直徑為8mm，導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。開口銷端頭均須掰開并彎折45°。

（2）在TK-XFHP-1.60T（G）型分段絕緣器中，燕尾板一端連接滑道，一端通過線夾連接接觸線。被發(fā)現的燕尾板斷裂發(fā)生在蕭甬電化開通約一年之際，通過對受電弓檢查基本排除外界影響導致其物理斷裂。經過對故障設備送部檢測得知，該批次燕尾板采用的不銹鋼材質中含鎳量不符合要求，導致元件機械強度不足。

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，同時建議廠家改進設計，對原分段進行技術升級改造，通過改進接觸線線夾接頭和增加滑道長度等技術手段達到取消燕尾板的目的，從而從根本上杜絕設備隱患。

（3）分段絕緣器的導流滑道與絕緣滑道交叉設置，通過橋絕緣子實現不同供電單元的分隔。滑道燒損主要是因為電力機車受電弓通過時放電拉弧所致。原因主要有：

①一般說來，分段絕緣器兩端供電臂都由同一牽引所(分區(qū)所或開閉所)供電，電壓等級都為27.5 kV。但實際上經過不同程度的壓損，分段兩端電壓值和相位角不可能完全一致，勢必出現電位差和相位差。受電弓通過時不可避免出現拉弧現象。

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

③安裝技術標準。北京縱橫分段絕緣器負馳度必須保持在15~30 mm，但實際安裝過程中分段負馳度往往達不到理論值，有的甚至無負馳度，因此形成的設備硬點也易引起拉弧。為了避免或減小拉弧燒損滑道，須按照《接觸網運行檢修規(guī)程》〔中關于“絕緣部件清掃”的規(guī)定：分段絕緣器“3～6個月”的要求做好滑道碳粉的清掃、滑道狀態(tài)的檢查以及負馳度的調整，保證分段本身運行狀態(tài)良好。

（4）分段絕緣器橋絕緣子不但分隔不同供電單元，同時亦是機械受壓設備。2010年9月在蕭甬線4個車站發(fā)現的橋絕緣子鋼圈開裂故障，又是整批次設備問題。通過技術部門與材料供應商研析，并將故障設備送鐵道部產品質量監(jiān)督檢驗中心金屬化學檢驗站進行了檢驗。從檢驗報告看出，開裂的接頭材質與304#不銹鋼的化學成分相去甚遠（見表1）。其中化學元素碳超出標準值50%，鉻為標準值的61%（平均值），化學元素鎳近乎于無。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，材質并非鉻鎳系奧氏體不銹鋼。

表1 送檢橋絕緣子接頭材質檢驗結果對比

由于材質并非鉻鎳系奧氏體不銹鋼，接頭開裂的原因可能是：

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

②由于橋絕緣子使用金屬和復合材料制造，接頭扣壓后不能通過人工時效處理以消除其殘余應力，只能經過自然時效處理消除其殘余應力。如果扣壓部位存在肉眼觀察不到微缺陷（瑕疵），就會由于殘余應力的存在而擴展，最終導致接頭開裂。

③在沿海的大氣環(huán)境下，材質的先天缺陷由于鹽霧的侵蝕和殘余應力的存在而擴展，最終導致接頭開裂。

④金屬接頭與玻璃鋼芯棒的膨脹系數不同，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)生開裂。

⑤接頭與玻璃鋼芯棒的配合間隙達到極限或超出標準，扣壓部位的形變擴大，超過了所用材質的強度極限。

由于此問題更為普遍，影響面更廣，決定對整批次73臺分段絕緣器主絕緣棒、橋絕緣子進行了更換。同時對新更換的絕緣子建立質量追蹤制度，后續(xù)檢修巡視時重點關注絕緣子各部件狀態(tài)。

4 結束語

分段絕緣器設置地點比較特殊，一般安裝于車站咽喉區(qū)，受運輸制約影響大，多供電臂停電難度大，且站場垂停時間較短，要做到全面精細檢修困難比較突出。為了保證分段絕緣器運行平穩(wěn)，首先要保證上線設備質量達標，設備管理單位做好驗收確認，安裝調整符合技術規(guī)范，同時在后期運行巡檢過程中加強各元器件狀態(tài)盯控，把設備隱患消除在萌芽狀態(tài)。

[1]接觸網運行檢修規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社.2007.

[2]于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網.成都:西南交通大學出版社.2003.

[3]方海龍.分段絕緣器常見故障成因及防治分析.上海鐵道科技.2008.

[4]苗為民.關于分段絕緣器運行問題的研究.鐵科院機車車輛研究所.2009.

責任編輯：許耀元 宋立成

來稿日期：2013-05-10