關(guān)于剛性接觸網(wǎng)懸掛瓷絕緣子破裂成因與處置舉措分析

曹永

摘要：軌道交通是城市化建設(shè)中比較重要的組成部分，其既可以緩解城市交通壓力，而且還可以提高乘客出行效率。剛性接觸網(wǎng)在城市軌道交通中的作用不言而喻，但是剛性接觸網(wǎng)整體上具有彈性小、剛性等特點，在實際應(yīng)用階段出現(xiàn)各種問題，尤其是懸掛瓷絕緣子破裂，本文將會對懸掛瓷絕緣子破裂成因進行分析，然后在此基礎(chǔ)上制定有效的處理舉措，以此來更好的發(fā)揮剛性接觸網(wǎng)懸掛瓷絕緣子的作用，進而提高地鐵車輛的安全、高效運行。

關(guān)鍵詞：剛性接觸網(wǎng);懸掛瓷絕緣子;破裂成因;處置舉措

在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中，與柔性接觸網(wǎng)相比，在隧道內(nèi)剛性接觸網(wǎng)具備零部件少、維修工作量小、載流量大、安全可靠等特點，而且不用設(shè)置下錨裝置，加之接觸線無張力，降低了斷線事故的發(fā)生率，因此在地鐵隧道內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。本文將會以深圳地鐵2號線為例來對懸掛瓷絕緣子破裂成因進行分析，并提出系統(tǒng)、完善的處理舉措，以此來提高剛性接觸網(wǎng)運行效率。

1.剛性接觸網(wǎng)概述

與柔性接觸網(wǎng)相比，雖然剛性接觸網(wǎng)所包含的零部件類型比較少，然而其結(jié)構(gòu)類型卻比較豐富，主要包括懸掛結(jié)構(gòu)、剛性匯流排結(jié)構(gòu)、剛?cè)徇^渡結(jié)構(gòu)、錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、定位結(jié)構(gòu)、中心錨結(jié)結(jié)構(gòu)以及道岔上方接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。剛性接觸網(wǎng)縱向結(jié)構(gòu)涵蓋了錨段、剛?cè)徇^渡、錨段關(guān)節(jié)，如圖1所示，其中剛?cè)徇^渡、錨段關(guān)節(jié)屬于剛性接觸網(wǎng)中比較關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，發(fā)揮著不可替代的作用。

2.剛性接觸網(wǎng)懸掛瓷絕緣子破裂成因

在地鐵剛性接觸網(wǎng)正常運行階段，如果懸掛瓷絕緣子出現(xiàn)破裂，將會導(dǎo)致列車停運、供電系統(tǒng)短路，不僅影響地鐵的正常運行，而且還會阻礙乘客的出行，對城市化建設(shè)產(chǎn)生不利影響。

2.1絕緣子鋼腳鐵件腐蝕

通過大量的理論分析和試驗研究資料查閱得知，絕緣子的鋼腳長長時間在污穢、潮濕環(huán)境下將會出現(xiàn)比較明顯的腐蝕，其一般是鋼腳局部電化學(xué)腐蝕或沿絕緣子瓷表面出現(xiàn)泄露電流腐蝕。通常情況下，鐵件腐蝕后將會產(chǎn)生FeO和H等生成物，通過計算發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生腐蝕后，1個單位體積鐵將會產(chǎn)生2個單位體積左右的FeO，同時腐蝕后產(chǎn)生的生成物體積也會產(chǎn)生不同程度的增大，不僅會導(dǎo)致鐵件體積出現(xiàn)膨脹，而且還會誘發(fā)絕緣子內(nèi)部產(chǎn)生一定的膨脹力。通常情況下，在發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，大量的氣體將會在鐵件與瓷體縫隙間積聚而不能有效外溢，致使瓷體內(nèi)部產(chǎn)生比較大的氣壓。因為絕緣子瓷體膨脹系數(shù)比較低，一旦腐蝕現(xiàn)象比較明顯時，將會導(dǎo)致絕緣子內(nèi)部壓力增大，進而增加瓷體膨脹破裂的可能性。通過開展實驗得知，在清潔、干燥環(huán)境中，絕緣子中的鐵件具有相對比較緩慢的腐蝕速度，當(dāng)絕緣子潮濕、污穢時，會進一步加劇腐蝕速度，而且于干燥條件相比，在潮濕條件下鋼腳腐蝕速度達到10-40倍。一旦腐蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重時，將會導(dǎo)致絕緣子瓷體內(nèi)出現(xiàn)細微裂紋，進而導(dǎo)致絕緣子內(nèi)部絕緣性能降低，誘發(fā)內(nèi)部局部放電，同時也會使瓷體內(nèi)部溫度升高，在一定程度上加劇了氣壓膨脹，最終致使絕緣子出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。

通過與絕緣子生產(chǎn)廠家進行交流和溝通得知，在地鐵交通網(wǎng)絡(luò)中，在進行瓷絕緣子制作和使用階段，要對鐵路交流用絕緣子給予借鑒，然而兩者在電流制式上存在比較明顯的區(qū)別，如果在城市軌道交通中直接引入鐵路交流用絕緣子，不僅無法發(fā)揮絕緣子的優(yōu)勢，而且還有可能誘發(fā)一系列的問題，影響地鐵運行效率。為了避免懸掛瓷絕緣子破裂的發(fā)生，則需要結(jié)合城市軌道交通特點來制作與之相匹配的直流絕緣子。如今，隨著全國城市軌道交通的發(fā)展，在深圳地鐵2號線、廣州地鐵線路以及上海城市軌道交通線路中均或多或少的出現(xiàn)過懸掛瓷絕緣子破裂問題，均是由于絕緣子長時間處于漏水嚴(yán)重的地方，此時最好采取有效措施來解決此類問題，避免類似問題再次發(fā)生。

2.2絕緣子彎曲荷載不符合標(biāo)準(zhǔn)

在絕緣子運行過程中，對其理論荷載進行計算發(fā)現(xiàn)，在懸掛絕緣子運行階段，其所產(chǎn)生的彎曲荷載無法滿足溫升狀態(tài)下匯流排伸縮荷載需求。在懸掛瓷絕緣子實際運行階段，其機械荷載包括了彎曲荷載和拉伸荷載兩種：（1）拉伸荷載。要想實現(xiàn)對懸掛瓷絕緣子拉伸破壞荷載的有效分析，可以選擇最大跨距作為分析樣本，在垂直方向上懸掛瓷絕緣子將會承受來自于受電弓抬升力和接觸懸掛質(zhì)量等的外力;（2）彎曲荷載。在對懸掛瓷絕緣子彎曲荷載分析過程中，可以做出如下假設(shè)：①分析樣本來自于曲線半徑最小的曲線段絕緣子。②樣本絕緣子相鄰兩端要處于固定狀態(tài)，即線夾卡滯。③拉出值使匯流排出現(xiàn)一定的變形。定位絕緣子在上述3種狀態(tài)下所承受的彎曲荷載有拉出值和曲線因素對懸掛瓷絕緣子產(chǎn)生的徑向力、溫度變化致使匯流排產(chǎn)生的伸縮力、接觸線和受電弓相對運動誘發(fā)的摩擦力。

3.剛性接觸網(wǎng)懸掛瓷絕緣子破裂處理舉措

3.1優(yōu)化和完善剛性接觸網(wǎng)設(shè)計

（1）合理選擇懸掛瓷絕緣子。在剛性接觸網(wǎng)中，最好選擇直流專用絕緣子，而且在絕緣子設(shè)計制造階段，最好滿足防鋼腳腐蝕、防離子遷移、防鋼腳與瓷體結(jié)合位置滲水，并結(jié)合高壓配送電直流絕緣子特點來給予合理選擇;（2）定位裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計剛性接觸網(wǎng)時，要加強與絕緣子生產(chǎn)廠家交流和溝通，如果現(xiàn)有絕緣子尺寸無法滿足彎曲荷載要求時，可以通過提高絕緣子結(jié)構(gòu)尺寸來給予有效解決。但是，在增加現(xiàn)有絕緣子尺寸時，會提高隧道凈空，進而使土建成本提升。因此，需要結(jié)合實際情況來對現(xiàn)有定位裝置結(jié)構(gòu)給予適當(dāng)?shù)膬?yōu)化和調(diào)整，如果條件允許可以采用可旋轉(zhuǎn)式定位裝置，進而有效降低匯流排溫升應(yīng)力;（3）優(yōu)化拉出值布置。匯流排與定位線夾在無外力狀態(tài)下的最小間隙約為2mm，其不僅可以保證匯流排在溫度變化狀態(tài)下能夠自由伸縮，而且還能夠確保定位線夾與匯流排間不產(chǎn)生卡滯問題。而現(xiàn)有剛性接觸網(wǎng)線路設(shè)計時，只對拉出值是否滿足行車限界給予綜合考慮，并未對控制定位點拉出值給予合理控制，從而導(dǎo)致部分定位處拉出值產(chǎn)生了明顯的曲率，導(dǎo)致定位線夾與匯流排出現(xiàn)了明顯的卡滯現(xiàn)象。因此，在進行剛性接觸網(wǎng)線路設(shè)計時，要按照要求優(yōu)化拉出值布置，這樣不僅可以降低定位線夾與匯流排間的卡滯力，而且還可以保證在線夾內(nèi)匯流排可以自由伸縮，進而降低了懸掛瓷絕緣子破裂的發(fā)生率。

3.2剛性接觸網(wǎng)施工舉措

（1）在進行剛性接觸網(wǎng)施工過程中，要盡可能避免將定位裝置安裝在隧道接縫位置。大部分隧道漏水均出現(xiàn)在隧道接縫處，其會誘發(fā)絕緣子受潮、污穢問題;（2）嚴(yán)禁使用存在缺陷的定位線夾與匯流排，以免在二者接觸時產(chǎn)生卡滯問題，不能保證匯流排自由伸縮，影響其正常使用。

3.3日常維護舉措

（1）在導(dǎo)高、拉出值調(diào)整中盡可能避免相鄰定位點出現(xiàn)比較大的偏差，以此來降低匯流排卡滯現(xiàn)象的發(fā)生;（2）如果定位裝置安裝位置存在漏水現(xiàn)象，則需要對定位裝置進行移位或者進行封堵處理，以免隧道滲水誘發(fā)絕緣子鋼腳腐蝕;（3）對環(huán)境污穢、潮濕比較嚴(yán)重的地方，要適當(dāng)提高對絕緣子更換或清潔的頻率;（4）做好錨段關(guān)節(jié)周圍定位裝置的檢修頻率，避免出現(xiàn)升溫過快問題;（5）重視設(shè)備檢修，如果出現(xiàn)線夾卡滯現(xiàn)象要給予立即處理。

4.結(jié)束語

綜上所述，在地鐵網(wǎng)絡(luò)中，剛性接觸網(wǎng)懸掛瓷絕緣子得到廣泛應(yīng)用，但是在實際應(yīng)用階段，由于各方面因素影響出現(xiàn)了懸掛瓷絕緣子破裂現(xiàn)象，此時，就需要對其成因進行分析，并制定系統(tǒng)、完善的處理舉措，以此來發(fā)揮懸掛瓷絕緣子的作用，提高地鐵運行效率。

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