新型礦井DC 1 500 V接觸網雙懸掛式絕緣子的研究與應用*

周晨輝， 劉玉榮

(1. 中國神華能源股份有限公司 神東煤炭分公司， 陜西 神木 719315； 2. 中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

接觸網絕緣子是有軌/無軌運輸供電系統(tǒng)的重要部件之一，其設計性能及產品質量直接關系到整個供電系統(tǒng)的絕緣水平及接觸網的懸掛性能。因此,絕緣子在研制的過程中，不僅要滿足系統(tǒng)的絕緣要求，還要考慮懸掛負載的抗彎性能要求，也就是通常所說的電氣性能及機械性能。

目前接觸網常用的絕緣子主要有電瓷、玻璃和復合絕緣子[1]。復合絕緣子是由有機合成材料組成復合結構絕緣子，因其耐污閃、耐雨閃、免清掃、質量輕、抗破壞的特點，在電氣化鐵路領域中的使用規(guī)模越來越大[2]。

1 概述

煤礦井下雙動力(油電)無軌膠輪車是一種新型的礦用輔助運輸裝備，其具有柴油機和電動機兩種動力，分時獨立驅動，在礦井輔運巷道中分段運行。當車輛處于架線模式運行時，要依靠巷道頂部的接觸網為車輛提供電能。礦井DC 1 500 V三軌式剛性懸掛接觸網與目前常見的城市無軌電車接觸網系統(tǒng)及地鐵剛性懸掛接觸網系統(tǒng)既有相似的地方，又有不一樣的地方。國內乃至世界范圍內沒有任何可直接參考的規(guī)范與設計技術標準。這是剛性懸掛接觸網系統(tǒng)在新的行業(yè)領域的首次應用。

礦井DC 1 500 V接觸網雙懸掛式絕緣子是應用于煤礦井下巷道內三軌式剛性懸掛接觸網系統(tǒng)上的關鍵部件，采用復合材料，外形結構區(qū)別于市面上在用的DC 1 500 V絕緣子[3]，是為適應三軌式接觸網結構形式而研發(fā)的。

2 結構形式及技術要求

DC 1 500 V三軌式剛性接觸網結構如圖1所示。懸掛底座一端為化學錨栓，嵌入巷道頂部混凝土中，承擔接觸網質量。懸掛橫梁固定于懸掛底座上，懸掛定位座用以確定上、下行線接觸網位置，雙懸掛絕緣子固定于懸掛定位座之上，兩端分別懸掛正負極接觸網受流導軌。

1-懸掛底座； 2-懸掛橫梁； 3-懸掛定位座； 4-雙懸掛絕緣子； 5-受流導軌。圖1 三軌式剛性接觸網結構

2.1 絕緣子結構

圖2為新型礦井DC 1 500 V三軌式剛性接觸網用雙懸掛式絕緣子的結構圖。與傳統(tǒng)的絕緣子不同，該絕緣子采用雙側懸掛的結構模式，連接金具安裝在絕緣芯棒中間部分，并內嵌螺紋套，用于安裝受流導軌。

2.2 絕緣子安裝

礦井DC 1 500 V三軌式接觸網用雙懸掛式絕緣子利用M12螺栓(一母一平一彈)懸吊在導軌定位座下部，左右兩端利用M16螺栓(一平一彈)固定正極軌、負極軌，下端利用M16螺栓(一平一彈)將接地導向軌固定在導軌吊夾上。絕緣子安裝如圖3所示。

1-金屬附件； 2-硅橡膠； 3-鑲嵌金具； 4-絕緣子棒芯。圖2 絕緣子結構

1-M16螺栓; 2-彈簧墊圈; 3-墊圈; 4-金屬附件; 5-M12螺栓; 6-導軌吊夾; 7-導軌。圖3 絕緣子安裝

2.3 技術要求

1) 每套絕緣子壓板的結構形式應能保證腕臂與鋼帽間的正常工作滑動荷重不小于18 kN的要求，短時(連續(xù)6 h)滑動負荷不小于40 kN。

2) 絕緣子鑲嵌部件材料為不銹鋼，壓板、螺栓、墊圈及螺母材料為Q235(1級熱浸鍍鋅)，端部金屬附件表面按JB/T 8177—1999規(guī)定進行熱浸鍍鋅；彈簧墊圈為65Mn鋼，表面電鍍鋅鈍化[4]。

3) 絕緣子形狀位置偏差：絕緣子軸線直線度不超過總長的5‰；絕緣子上、下金屬附件同軸度不大于1.5 mm；單耳-單耳型懸式復合絕緣子上、下金屬附件安裝面的平行扭轉角度一般不大于5°。

4) 絕緣子整套材料應經受耐漏電起痕和電蝕損實驗，達到GB/T 6553—1986規(guī)定的TMA3.5～4.5 級，最大電蝕深度不大于2.5 mm；阻燃性達到GB/T 13488—1992規(guī)定的FV—0 級要求；拉伸強度不小于3 MPa，機械撕裂強度不小于10 kN/m；滿足憎水性特性HC1、HC2 級要求[5]。

5) 絕緣子表面單個缺陷面積(如缺膠、雜質、凸起等)不大于25 mm2，深度不大于1 mm，凸起表面和合縫清理平整，凸起高度不大于0.8 mm，總缺陷面積不大于絕緣子總表面積的0.2%。

3 性能測試及維護

依據產品設計和相關技術要求，所研制的雙懸掛式絕緣子如圖4所示。

圖4 絕緣子產品實物

3.1 絕緣子機電性能

經過測試，絕緣子的主要機電性能如表1所示。

表1 絕緣子性能參數表

3.2 絕緣子維護

礦井DC 1 500 V三軌式接觸網用雙懸掛式絕緣子用于煤礦地下礦井巷道內，由于長時間處在重污穢、高濕度環(huán)境下，會附著大量煤灰、塵埃及水珠，導致絕緣子表面連通，絕緣性能下降。為保證絕緣子的電氣性能，需定期進行維護清洗。要求如下：

1) 絕緣子維護清洗前對接觸網停電。

2) 絕緣子清洗前檢查絕緣子外觀，對出現破碎、復合材料老化現象的絕緣子進行更換。

3) 絕緣子清洗過程中，應先使用專用清洗劑清洗后再用清水清洗，并用干毛巾擦拭。

4) 絕緣子維護或清洗完成后，利用專業(yè)儀器測試絕緣性能、憎水性能和電氣性能，滿足技術要求后，方可投入使用。

4 應用情況

新型的絕緣子研發(fā)試產后，從2017年3月底開始在神華神東集團的補連塔煤礦新建的2#輔運平硐接觸網工程進行了試掛，如圖5所示。在為期3個月的帶電試驗期間，新型雙懸掛式絕緣子狀態(tài)良好，滿足使用工況要求。

(c)圖5 現場安裝試驗

5 結論

礦井DC 1 500 V三軌式接觸網用雙懸掛式絕緣子，可以很好地適用于隧道、巷道等空間受限的情況。絕緣子本身具有良好的耐污性，電絕緣性能好，保證了各導軌間的絕緣要求，可適用于煤礦地下礦井巷道內的重污穢、高濕度環(huán)境。本新型雙懸掛式復合絕緣子的研發(fā)取得了一定的成功，考慮到地下巷道長期高濕度、重污染的使用環(huán)境，該產品還有一定的改善空間。