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解决方案：朔黄铁路接触网绝缘子闪络原因及其预防

单位：朔黄铁路发展有限责任公司肃宁分公司作者：卞楠

　　1、绝缘子的性能及电气强度

　　绝缘子在接触网中不仅起绝缘作用，而且还承受着机械负荷，特别是软横跨的承力索及下锚用的绝缘子承受着线索的全部张力，所以对绝缘子的电气及机械性能的要求都是极为严格的，所以在检修作业过程中，按要求是不能踩踏绝缘子，第一考虑是对绝缘子的撞击，第二考虑绝缘子的机械负荷，绝缘子能够承受腕臂的由上而下的压力，但对于横向的压力是较小的，所以在人工擦拭、或者更换绝缘子时，均要求不得踩踏绝缘子。

　　绝缘子在工作中要受到各种大气环境的影响，并可能受到工频电压、内部过电压和外部过电压的作用。因而，要求绝缘子在这三种电压作用及相应的环境之下能够正常工作或保持一定绝缘水平。绝缘子的电气性能，用干闪络电压﹑湿闪络电压和击穿电压表示。其一：绝缘子的干闪络电压，绝缘子在干燥﹑清洁的环境时，施加电压使其表面达到闪络时的最低电压，称为干闪络电压。其二：绝缘子湿闪络电压，在雨水降落的方向与绝缘子表面呈45度淋在绝缘子表面是，使其闪络的最低电压，就称为绝缘子湿闪络电压。其三：击穿电压，击穿电压是指绝缘子瓷体被击穿损害而失去绝缘作用的最低电压。

　　2、绝缘子污闪的原因及过程

　　绝缘子是悬挂和支持各种导线使之保持电气绝缘性能，并使带电导体或导体与接地体之间有足够的距离和绝缘的重要部件。其在接触网中起着两个基本的作用，即支撑导线和防止电流回地。在朔黄线的接触网上，我们有成千上万个绝缘子，几乎覆盖了所有的类型，若其中一个绝缘子因为污闪发生了损坏，其造成的危害对于牵引供电系统而言，由于三相牵引变电所牵引变压器27.5KV侧其中一相是接地的，绝缘子损坏就相当于两相短路，强大的短路电流将造成牵引变电所馈线跳闸，中断接触网供电，造成行车事故等等，运行在户外的绝缘子，会受到灰尘、烟尘和工业排放物等的污染，在瓷表面上形成污秽层。被污染的绝缘子在电压作用下发生沿面闪络，简称污闪，其闪络电压简称污闪电压。在干燥状态下，绝缘子的闪络电压受表面污染的影响并不大，但是在雾、露、雪、毛毛雨等气候条件下，绝缘子表面的污秽层受潮，形成一层水膜，不但会使得其闪络电压大大降低，导致污闪事故的发生，甚至在工作电压下就会发生污闪事故，还会容易吸附空气中的灰尘，进一步造成绝缘子污闪。污闪事故的特点是时间长，一般不能用自动合闸消除，事故容易扩大，造成大面积停电，检修恢复时间长，严重影响着电力系统的安全运行。

　　绝缘子污闪的过程分成四个阶段：绝缘子表面积污、绝缘子表面污层受潮、绝缘子局部放电使表面干燥带形成、电弧形成、导致沿面闪络。绝缘子污闪的具体过程如下：在线运行的绝缘子，在大气环境中，受到自然扬尘以及工业排放物等环境因素的影响。表面逐渐沉积了一层污秽物。在大气干燥的情况下，这些表面带有污秽物的绝缘子仍能保持较高的绝缘子水平，其放电电压和洁净、干燥状态时相接近。然而，当遇到有雾、雨、露、融冰、融雪等潮湿天气的时候，绝缘子表面附着这部分污质将被水分所湿润，电导大大增强，进而导致泄露电流增加。当泄露电流电场强度已足以引起表面空气的碰撞电离时，在铁帽周围即开始电晕放电或辉光放电，出现蓝紫色细线，由于此时泄露电流较大，电晕或辉光放电很易直接转变为由明亮通道的电弧，在雾、露天气下，污层湿度不断增加，泄露电流也随之变大，在一定电气下能维持局部长度也不断增加，一旦局部电弧达到某一临界长度时，弧道温度很高，弧道进一步伸长就不再需要更高的电压，自动延伸至贯通两级，造成绝缘子放电闪络。

　　3、黄骅港地区典型事故案例

　　3.1分析污闪形成的原因

　　3.1.1取样方法：

　　黄骅港站扩能改造后的接触网绝缘子全部采用了硅橡胶式，港口站的既有瓷质棒瓷已更换完毕，目前在监测范围内无瓷质绝缘子。根据以往棒瓷闪络情况，黄骅港供电工队设定了六个现场绝缘监测点，安装不运行的绝缘子进行观察测试，其中安装硅橡胶棒式绝缘子4个，棒瓷4个，硅橡胶悬式绝缘子4个，测试的绝缘子不带电，不受机械力，可随时检查拆卸。为了更准确的测试出钢厂污染区硅橡胶绝缘子的绝缘情况，工队安排港口站西侧一组硬横梁的运行硅橡胶棒式绝缘子进行周期测试，每年的雨季（5月---9月）不进行试验，10月----4月份定为测试期，测试期内每月拆卸1组定位立柱的上、下部硅橡胶棒式绝缘子送肃宁分公司修试工队进行各项参数测试，另外把不运行的观测点的绝缘子抽样送检。

　　3.1.2试验方法及步骤：

　　（1）分批次测量绝缘子污闪电压值（干闪测试）

　　（2）分批次测量绝缘子污闪电压值（湿闪测试）

　　（3）分批次测量绝缘子等值附盐密度

　　（4）清洁试品

　　（5）再次进行工频耐压试验

　　3.1.3需查明的几个原因

　　（1）污闪产生的原因

　　（2）水冲洗是否能够有效的防止污闪发生

　　（3）积污速度与水冲洗次数、周期之间的关系

　　（4）污染物与气候之间的关系

　　3.1.4需收集的资料

　　（1）黄骅港地区污染源分布情况

　　①黄骅港站污染源分布图见下图

　　（2）黄骅港地区气象资料

　　（3）对绝缘子样品进行绝缘电阻、工频耐压、等值敷盐密度测试，并形成试验报告。黄骅港地区绝缘子抽检试验

　　（4）绝缘子运行时间统计

　　3.2污闪原因初步分析

　　随着黄骅港地区经济的不断发展，沿海附近工厂大量新建。钢铁厂、化工厂等高污染行业不断向大气中排放可导电的化学尘埃，致使港前、港口地区的接触网绝缘子附着了大量的导电介质。每到秋冬和冬春交替季节，大雾天气频繁出现，空气中湿度加大，导电尘埃被湿润后，其绝缘性能急剧下降。尤其是钢铁厂排出的二氧化硫等酸性物质，在被水溶化后，变成了电导率很高的导电介质，化工厂排放的废气含有硫化物、氮氧化、悬浮颗粒物等，遇潮湿空气容易形成酸碱溶液(酸碱雾)。另外钢铁厂高炉、转炉生产的冶金粉尘和港口地区大量施工场地扬起的碱土灰及港口煤炭场地扬起的煤灰形成的污染粉尘，使港口地区空气质量变得很差，对接触网绝缘设备产生较大危害。从而造成了港口地区绝缘子污闪故障频繁发生。为了减少绝缘子污闪，我们在港口地区将部分在网运行的陶瓷绝缘子更换为硅橡胶绝缘子，并对更换前后的绝缘子绝缘状况和绝缘子运行环境进行定期跟踪监测。

　　黄骅港地区污秽源污秽物对应关系，季节风向与污秽物对应关系如下：

　　（1）黄骅港地区污秽源及污秽物：

　　渤海海面（东）：海洋潮湿气流、富盐粒子。

　　施工工地及道路扬尘（南、西、北环绕港区）：碱性灰土。

　　港务公司煤场、运输车皮（东、整个港区）：粉煤灰。

　　中铁练钢厂、焦化厂（北、西北）：硫化物、氮氧化、悬浮颗粒物。

　　（2）风向与污秽物对应关系：

　　①东风、东北风、东南风--海洋潮湿气流、粉煤灰、电厂排放气体。

　　②南风、西风、西南风--周边工地及车辆运行所形成的碱性尘土。

　　③北风、西北风、东北风--周边工地及车辆运行所形成的碱性尘土，焦化厂、练钢厂所排放的硫化物、氮氧化、悬浮颗粒物。

　　④任意方向风--站内地面碱性尘土、运输漂落的粉煤。

　　每年中的10月至次年4月黄骅港地区均以东北风、西北风、北风为主，风力均不大，以4至6级为主，整个港区正好位于中铁练钢厂和焦化厂排放物随风履盖区，因风力均不大可致使港口地区成为大颗粒浮尘的主要下落区

　　4、绝缘子闪络的预防

　　（1）增加绝缘子表面的泄漏比距。增加绝缘子数目或采用防污型绝缘子等来增加绝缘子表面的泄漏比距（绝缘子表面泄漏距离与最大工作线电压的比值）从而提高绝缘子串的污闪电压。

　　（2）划出区段不同的污染区。为防止绝缘子闪络，造成停电事故的发生，必须加强绝缘子的防污工作，首先要掌握污秽物质的特性和污染期，正确划分出污染区，以便为防闪络工作提供可靠依据。根据不同污秽和污染程度制定出不同的清扫方法和清扫周期。

　　（3）根据季节性规律，定期进行绝缘子清扫。加强绝缘清扫是防止绝缘闪络的主要手段，但由于绝缘子数量多，其清扫任务较重，对污染区进行动态管理，周期排查，根据实际情况及时调整污染区段，并对照现行污染区标准计入台账，重点排查污染区的情况和变化，根据绝缘子的积污规律，制定科学的清扫周期，避免盲目维修。目前，朔黄线清扫工作主要集中在每年的4、5月份和10、11月份，为取得最好清扫效果，对重点区段清扫时间应安排在闪络出现频率较高时间段之前，重污染区根据污染情况随时清扫。另外，在入冬及春融季节进行绝缘子水冲洗时清扫绝缘子表面的污秽非常有效的措施，可有效降低绝缘子积污的发生。

　　（4）根据区段，更换复合绝缘子

　　复合绝缘子具有绝缘效果好，耐污能力强的特点。一是具有强憎水性。复合绝缘子爬裙具有极强的憎水性，由于硅橡胶材料本身性能，水份在表面形成水滴,污层难于润湿,从而改善了组合绝缘介质表面状况,污层不易形成连续的导电层,使瓷绝缘体表面泄露电流甚小,改善闪络特性。二是具有自洁功能。复合绝缘子爬裙能起到遮盖作用,可减少绝缘子积污,而伞裙本身有一定的斜度、表面光滑,并且是软质弹性材料,在风力、雨水作用下的自洁能力强,所以复合绝缘子的积污量、盐密度都有明显降低,起到防污作用。所以在重污染区或海边潮湿的区域适合使用复合绝缘子。

　　但资料表明，复合绝缘子因其优异的憎水性和憎水迁移性，具有较强的耐污闪能力，已在部分区段进行使用，但复合绝缘子承受的径向（垂直于中心线）应力很小，在机械性能上比较弱。同时因为自身材料的原因，闪络后绝缘子表面现象不明显，所以一旦发生复合绝缘子闪络或内部损坏，故障查巡时不易观察，设备恢复的难度较大。

　　（5）表面涂料。由于绝缘子表面会吸附污秽，会增大污闪概率。适当的改善表面涂料材质可以一定程度的预防绝缘子集污。在绝缘子表面涂憎水性材料，如有机硅质、地蜡等，使绝缘子表面在潮湿天气下不易形成连续水膜，减小泄漏电流值，提高污闪电压。

　　（6）根据往年跳闸较频繁区段，增加防雷设施，根据各地现实状况，可以采用适合不同地域情况的防雷设施。目前大多数采用的方法是架设架空地线。架空地线采用柱顶方式安装，距平腕臂2m，保护角采用20°～30°。架空地线问架与接地引线连接，接地线与支柱钢筋相连，通过支柱底部接地孔接地，保证雷击过电压及时通过接地引下线泄漏至大地中，从而有效防止直击雷（如下图）。每条公里架设避雷线增加投资约2万元。虽然增加部分投资，但是对于电气化铁道的安全有着至关重要的作用。

　　5、结语

　　采用加强绝缘子清扫力度，缩短清扫周期来减少污闪的发生率，增加防雷设施，减低因雷击对设备造成的影响，远期可通过调整爬电距离，更换大爬距防污型绝缘子或更换硅橡胶绝缘子等来彻底解决绝缘子污闪问题。高速铁路运行逐渐替代普速线路，成为群众主要的交通工具之一，保证供电安全，减少对行车事故的影响是我们肩负的责任。绝缘子闪络故障仍是我们供电系统上的顽疾，由于各种外界、内在问题发生了绝缘子污秽闪络或者击穿，严重时会造成大面积和长时间的停电故障，而且不容易找到故障点，严重危害了接触网的运行可靠性。防治绝缘子闪络在内的供电问题仍是我们攻坚的主题，我们将继续认真总结、分析收集、采取有效的措施，保证朔黄铁路供电安全，从而保证重载列车畅通无阻。

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