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解决方案：电气化高速铁路绝缘子闪络分析与预防措施

单位：天津供电段作者：王超王成柱李振华

　　接触网是电气化铁道重要组成部分，沿线路露天架设，受自然环境、运营周边环境的影响。绝缘子作为接触网电气绝缘部件，其状态直接影响到接触网的供电，影响到电力机车、动车组的运行。由于工业污染的存在，排放的粉尘随风飘落附粘在接触网绝缘子上，使绝缘子表面积污，在雨、雪、雾天气下引起绝缘子在正常工作电压下发生污秽闪络，造成大面积和长时间停电故障，是目前电气化铁路频发性事故之一，所以分析影响绝缘子污闪放电的因素，认识绝缘子表面积污规律，加强绝缘管理和采取针对性的防范措施，最大限度的减少污染对电气化铁路的运输具有十分重要的意义。

　　1、绝缘积污规律的分析

　　绝缘子表面脏污的堆积有一个过程，与绝缘子安装、悬挂方式、所处位置有着直接的关系。如下图1所示，所以在同一个区段的上、下行绝缘子的脏污程度不同，同一棵支柱上的附加悬挂、平、斜腕臂的绝缘子的脏污程度也存在差异，导致斜腕臂、平腕臂及附加悬挂的绝缘子在相同的电压作用下出现闪络存在差异性。

图1接触网斜腕臂、平腕臂分布安装图

　　1.1、上、下行绝缘子积污的不同分析

　　在双线电气化铁路区段，污染源在线路的一侧，当风从污染源侧吹向线路时，上、下行安装的棒式绝缘子由于安装方式的不同就会有一行的绝缘子伞群光滑面对着风吹来方向，另一行的绝缘子则是伞群带有沟槽的另一面迎着风吹来方向，带有沟槽的伞群面相对光滑的伞群表面更容易造成粉尘污染形成堆积，这样长期以来就造成了一行的绝缘子相对另一行脏污，绝缘子表面的附盐密度也相应增大，导致在雾、雪恶劣天气时一行的绝缘子出现大面积的雾闪跳闸影响供电行车。

　　1.2、平、斜绝缘子积污的不同分析

　　在腕臂安装三角形结构中，斜腕臂绝缘子与支柱的夹角一般呈60？安装，平腕臂绝缘子与支柱垂直方向安装，当风含着带有污染粉尘吹过来时，斜腕臂绝缘子的迎风面积为棒式绝缘子表面积大约的二分之一0.40m？，平腕臂绝缘子的迎风面积为棒式绝缘子的表面积的九分之一为0.07m？。从迎风面积来比较，斜腕臂绝缘子的面积是平腕臂绝缘子的近五倍，所以斜腕臂的绝缘子相对平腕臂的绝缘子来说更容易积污。造成在雾、雪恶劣天气时斜腕臂的绝缘子发生雾闪的机率更高。附加悬挂的绝缘子处于铅垂状态，和斜腕臂的绝缘子来比较，斜腕臂安装角度更容易造成粉尘的着落堆积。

　　2、现场数据统计及试验分析

　　2012年2月22日京沪高铁天津南至沧州西区间出现能见度不足20米的大雾天气，累计发生7次接触网跳闸，故障点主要分布在K145+887至K163+887间，故障点分布不定。通过工区对现场进行桥下巡视、轨道车上线巡视、工区人员添乘动车巡视，未发现明显故障点。结合当时能见度不足20m大雾天气，初步判断跳闸原因为大面积的绝缘子雾闪泄露造成跳闸。利用天窗检查发现7处绝缘子闪络，其中斜腕臂6个，平腕臂1个，闪络绝缘子全部在下行。根据现场检查情况进行分析、试验如下：

　　(1)对更换下来的闪络绝缘子进行附盐密度测试，测试值为0.12㎎/-0.13㎎/，附盐密度在0.1-0.3㎎/为重污区，由此判定闪络绝缘子所处区段为重污区。

　　(2)通过调查发现污染源（砖厂、钢铁厂工业园等）在闪络区段的下行侧。上、下行侧斜腕臂与支柱成60度夹角，当风从下行侧吹向上行侧时，斜腕臂的接触污染源面积比平腕臂大，所以斜腕臂落尘面积大、积污比平腕臂容易，且积污比较大，同时在遇到大雨天气时，平腕臂绝缘子上下面均能被雨水冲刷，其自洁性要比斜腕臂绝缘子好，所以斜腕臂比平腕臂容易闪络。

　　(3)当污染物随风吹过来时，下行斜腕臂绝缘子迎风面积0.40m？，是半个绝缘子的表面积，且瓷群的沟槽侧正是风吹方向，更容易造成污染粉尘的堆积；上行侧斜腕臂绝缘子由于安装角度迎风吹面积不足0.07m？，且是瓷群光面对风吹方向，和下行的绝缘子相比较堆积污染粉尘的受污染程度较小，所以下行侧污染比上行测严重。

　　(4)冬末初春时期空气湿度比较大，大雾天气下绝缘子表面有水珠存在，经现场观察发现平腕臂绝缘子表面形成的水珠滴落在斜腕臂绝缘子上，同时也将平腕臂绝缘子的污染物叠加到了斜腕臂绝缘子上，使绝缘子抗污闪电压下降，造成斜腕臂绝缘子比平腕臂绝缘子容易发生污闪跳闸。

　　通过高铁绝缘子闪络后进行的测试数据分析如下表1所示：

表1棒式绝缘子实验数据

　　从绝缘子的电气试验可知，清洁干燥的绝缘子和积污潮湿的绝缘子的耐压水平相差悬殊，而清洁的绝缘子在干燥和潮湿时耐压相差不大，因此可见，附在绝缘子表面的污秽对绝缘子的绝缘水平影响是很大的。

　　3、防止绝缘子闪络的措施

　　3.1划分污区、合理安排清扫

　　牵引供电系统受污染的情况相当复杂，防止污闪技术是一个综合技术，必须因地适宜，结合各种污染源严重程度、附盐密度测试及借鉴电力系统污区分布图结合电气化铁道的特点进行污区划分，通过以上综合技术，我们对京沪高铁周边环境重新调查，对京沪高铁线路两侧5公里范围内的工、矿企业和居民生产生活习惯进行全面调查。根据企业的生产和排污情况，对排放的粉尘进行采集，并通过附盐密度测试划分出段管内京沪高铁重污区。目前，京沪高铁段管内绝缘子的清扫主要集中在每年的三月和十月份，为取得最好清扫效果，对重点区段清扫时间应安排在污闪频发季节前1-2月内进行，特重污区段根据污染情况、附盐密度测试情况随时安排清扫，确保高铁安全运营。

　　3.2更换合成绝缘子、选择合理的外绝缘爬距

　　合成绝缘子在受污湿时其电压等级强度与瓷绝缘子相同下，污闪电压却比瓷绝缘子高出1-3倍，在及严重的污秽情况下，其污闪电压仍要比其运行电压高的多，因此，合成绝缘子具有极其优异的耐污性能。同时，爬距越大，绝缘子抗污闪电压越高，在沿线重雾、污染严重及频繁发生污闪的区段合理的提高绝缘子的爬距，是提高闪络电压的有效途径，目前京沪高铁使用的瓷质绝缘子爬距为1400mm，建议换成爬距为1600mm，有效提高闪络电压，防止绝缘子闪络，引起跳闸。

　　3.3涂抹防污闪涂料

　　陶瓷绝缘子防污闪含钛溶液，在绝缘子表面涂抹具有良好憎水性和憎水迁移性，这些涂料具有良好的电气性能外，还有很好的抗污特性，它们的憎水性强，使水珠各自孤立，避免水膜连成一片，大大减小了泄漏电流，并使表面电场分布均匀，提高了污闪电压，同时涂料还能吞食污秽微粒，使污秽粒也带有憎水性，因此，只要涂料在有效期内，就能很好的防止污闪发生。

　　3.4采用科学先进仪器检测

　　⑴运用先进的绝缘子附盐密度测试仪器，对各级污染区段的绝缘子附着物按每月一个周期进行检测、化验，通过连续6个月的检测、化验分析，对污染区段进行规律掌握，并制定清扫周期。

　　⑵引进绝缘子电压分布测试仪器，对各污染区段的绝缘子每月测量一次电压分布，根据绝缘子的电压分布情况确定清扫周期。引进先进的在线监测仪器，时时监测绝缘子的泄漏电流情况，并通过无线传输把细微的泄漏电流反馈到调度指挥系统，通过对泄漏电流的分析，确定清扫周期。

　　⑶引进小型、便携式绝缘子激光侦测仪，对各污染区段的绝缘子每月测量一次，通过扫描即可得知绝缘子的性能，如发现绝缘性能下降，可及时安排工区进行更换，确保京沪高铁运营安全。

　　⑷引进小型水冲洗设备，可以提高绝缘清扫的效率和质量，使工区可以更安全、更快、更好的完成绝缘清扫工作，确保运营安全。

　　⑸在各污染区段的接触网支柱上，按照平、斜腕臂绝缘子的角度悬挂四个绝缘子，分为1个月、3个月、6个月、12个月四个周期，每个周期摘下一个绝缘子进行高电压试验，检测泄漏电流和闪络电压、击穿电压。并进行附盐密度检测，确定污染等级和清扫周期。

　　4、结论

　　闪络是对电气化铁路供电可靠性危害极大的频繁性事故，针对目前环境污染严重，绝缘子污秽增多，给电气化铁路接触网绝缘子闪络带来了极大地压力，为提高供电可靠性，针对接触网大面积污闪，我们主要以加强绝缘子清扫为主，缩短清扫周期来减少污闪的发生率，其次，可以通过引进一些现代科学技术来更好的预防绝缘子闪络，确保电气化高速铁路安全运营。

　　参考文献：

　　[1]于万聚，高速电气化铁道接触网[M]．成都：西南交通大学出版社，2003