摘要 文章就電力機(jī)車(chē)用復(fù)合絕緣子幾起絕緣子傘裙撕裂及護(hù)套開(kāi)裂原因展開(kāi)分析，并就電力機(jī)車(chē)用復(fù)合絕緣子在運(yùn)行過(guò)程中的維護(hù)、復(fù)合絕緣子在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)工藝控制和復(fù)合絕緣子在傘裙設(shè)計(jì)等方面提出了建議。

關(guān)鍵詞 復(fù)合絕緣子 撕裂 設(shè)計(jì) 維護(hù)

0 引言

諸多的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，硅橡膠復(fù)合絕緣子的防污閃、抗沖擊、耐臭氧、不易爆裂、易安裝、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)電氣化鐵路接觸網(wǎng)和電力機(jī)車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電力機(jī)車(chē)時(shí)速的提升和復(fù)合絕緣子運(yùn)行數(shù)量的增加，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，硅橡膠復(fù)合絕緣子同樣也暴露出一些影響安全運(yùn)行的問(wèn)題。例如：機(jī)車(chē)在高速運(yùn)行狀態(tài)下硅橡膠傘裙撕裂、復(fù)合絕緣子護(hù)套受電蝕后絕緣性能降低等。這些問(wèn)題的存在和發(fā)生，均給電力機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。對(duì)此，應(yīng)引起絕緣子生產(chǎn)廠家和運(yùn)行部門(mén)的高度重視。

1 復(fù)合絕緣子的結(jié)構(gòu)

硅橡膠復(fù)合絕緣子主要由硅橡膠傘套(傘群)、玻璃纖維引拔棒和上下聯(lián)接法蘭(金具)所組成。其中玻璃纖維引拔棒作為產(chǎn)品內(nèi)絕緣并承擔(dān)產(chǎn)品的機(jī)械負(fù)荷；耐橡膠傘套(傘裙)為產(chǎn)品的外絕緣并提供一定的絕緣距離、電氣間隙和爬電距離；上下法蘭作為產(chǎn)品的連接甜件。

硅橡膠復(fù)合絕緣子是繼瓷和玻璃絕緣子之后發(fā)展起來(lái)的新一代絕緣子。復(fù)合絕緣子以其重量輕，憎水能力強(qiáng)，污閃電壓高，可減免維護(hù)等特點(diǎn)得到了電力及鐵路系統(tǒng)用戶(hù)的大力推廣和使用。

2 復(fù)合絕緣子的界面

復(fù)合絕緣子與瓷和玻璃絕緣子相比結(jié)構(gòu)不同的是材質(zhì)間存在的界面較多。諸如：玻璃纖維引拔棒中的玻璃絲和樹(shù)脂間的界面；玻璃纖維引拔棒和硅橡膠間的界面；上下連接法蘭與硅橡膠間的界面；硅橡膠與硅橡膠間的界面，在這些界面中，無(wú)論那一個(gè)界面存在缺陷都會(huì)給產(chǎn)品帶來(lái)安全上的隱患。

2007年11月，某次列車(chē)行至某站時(shí)，司機(jī)在升弓后突然發(fā)現(xiàn)網(wǎng)壓表為零，司機(jī)隨即登車(chē)檢查并斷定絕緣出了問(wèn)題，同時(shí)對(duì)受電弓進(jìn)行了隔離并切斷相關(guān)電路，后改升前弓維持運(yùn)行?；囟魏髮?duì)機(jī)車(chē)進(jìn)行了詳細(xì)檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)，一只導(dǎo)電桿復(fù)合支持絕緣子硅橡膠護(hù)套被電蝕灼傷近2／3長(zhǎng)，且已形成碳化導(dǎo)電通道(見(jiàn)圖1)。

當(dāng)更換了該絕緣子后，機(jī)車(chē)絕緣性能良好。分析事故原因時(shí)發(fā)現(xiàn)，在該絕緣子上法蘭與硅橡膠護(hù)套間的界面間存在著油污或雜質(zhì)，造成硅橡膠與上法蘭粘接不牢并使界面間留有氣隙；當(dāng)該絕緣子在工頻電壓或過(guò)電壓的作用下，界面間的氣隙受熱并開(kāi)始膨脹，當(dāng)硅橡膠護(hù)套層表面張力無(wú)法承受該氣隙膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，或該氣隙膨脹后被外來(lái)沙石擊穿后，大氣中的潮濕氣體和污穢進(jìn)入護(hù)套與法蘭的界面。在潮濕污穢的條件下，絕緣子沿面泄露電流加大，表面局部閃絡(luò)和內(nèi)部局部放電頻繁。在放電過(guò)程中，界面開(kāi)始被電蝕，久而久之，在電蝕的作用下，護(hù)套與玻璃纖維芯棒的界面間會(huì)留下一條或多條不規(guī)則的碳化導(dǎo)電通道。加之大氣中潮氣和污穢的不斷侵蝕，被碳化后的導(dǎo)電通道在電蝕的作用下便隨時(shí)間的推移而延長(zhǎng)，當(dāng)導(dǎo)電通道延長(zhǎng)到絕緣子無(wú)法承受正常的工頻電壓時(shí)車(chē)頂絕緣為零。

因此，復(fù)合絕緣子再生產(chǎn)過(guò)程中確保產(chǎn)品界面間無(wú)雜質(zhì)，界面粘接致密、牢靠，從而保證產(chǎn)品具有良好的絕緣電氣性能。

對(duì)此，作為生產(chǎn)廠家在對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中要切實(shí)加強(qiáng)生產(chǎn)工藝控制，在把好各種原材料進(jìn)廠質(zhì)量關(guān)的同時(shí)，加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品的檢驗(yàn)以及試驗(yàn)的過(guò)程控制，杜絕此類(lèi)影響機(jī)車(chē)安全運(yùn)行事故的發(fā)生。

3 傘裙設(shè)計(jì)

復(fù)合絕緣子的傘裙(護(hù)套)，不僅起著保護(hù)玻璃纖維芯棒不受大氣中的有害氣(物)體侵蝕，同時(shí)為產(chǎn)品提供足夠的電氣間隙和爬電距離。在設(shè)計(jì)時(shí)，絕緣子的傘裙間距和傘裙的伸出及爬電比距等參數(shù)除滿(mǎn)足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，還要滿(mǎn)足電力機(jī)車(chē)不斷提速的設(shè)計(jì)要求，這一點(diǎn)非常重要。有的生產(chǎn)廠家一味的去追求降低產(chǎn)品成本，將復(fù)合絕緣子傘裙設(shè)計(jì)的很薄或傘裙的上下傾角設(shè)計(jì)的不盡合理，使傘裙不能抵御機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)帶來(lái)的風(fēng)阻，機(jī)車(chē)在高速運(yùn)行狀態(tài)下使復(fù)合絕緣子傘裙嚴(yán)重變形或撕裂。

2009年3月，某機(jī)務(wù)段在對(duì)時(shí)速200km動(dòng)車(chē)組的高壓隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，一支復(fù)合絕緣子的最下面?zhèn)闳蛊屏?，且破裂尺寸較大，傘裙向下變形嚴(yán)重(見(jiàn)圖2)。

2008年8月，某局在對(duì)時(shí)速350km動(dòng)車(chē)組進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，一支高壓隔離開(kāi)關(guān)復(fù)合絕緣子頂端傘裙上傾角處有細(xì)小裂痕，隨即對(duì)運(yùn)行機(jī)車(chē)上所有絕緣子進(jìn)行了全面普查，共發(fā)現(xiàn)有4支復(fù)合絕緣子在同一部位出現(xiàn)了裂痕，且裂痕在機(jī)車(chē)的同一方向。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在有裂痕的絕緣子前方不足500cm的地方，裝有一支高度幾乎和絕緣子相等的電壓互感器，經(jīng)風(fēng)動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)和分析得知，機(jī)車(chē)在高速運(yùn)行狀態(tài)下，氣流繞過(guò)前方物體頂端并在其后部(絕緣子前段)產(chǎn)生分離，在氣流分離區(qū)壓強(qiáng)降低，導(dǎo)致絕緣子頂端傘裙的升力也跟著降低，隨著時(shí)速的增加，風(fēng)對(duì)傘裙帶來(lái)的阻力也在增加，致使頂端傘裙加速向下偏移，偏移越大風(fēng)阻越大，且傘裙變形也越大，久而久之在傘裙與護(hù)套的薄弱處便出現(xiàn)折痕(見(jiàn)圖3)。

對(duì)此，絕緣子傘裙開(kāi)裂或有裂痕，其中有傘裙設(shè)計(jì)上的不足，亦有車(chē)頂產(chǎn)品布局的不盡合理性。所以，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到產(chǎn)品的適應(yīng)環(huán)境，就電力機(jī)車(chē)用復(fù)合絕緣子而言，加大傘裙上傾角及傘裙的厚度和提高硅橡膠混煉的硬度；改變車(chē)頂某個(gè)設(shè)備的布局(機(jī)車(chē)在高速運(yùn)行狀態(tài)下，產(chǎn)品的保護(hù)爬電距離可忽略不計(jì))；改變機(jī)車(chē)在高速運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)阻對(duì)車(chē)頂產(chǎn)品的影響，即可延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，傘群撕裂問(wèn)題可得到緩解。

4 運(yùn)行中的維護(hù)

設(shè)備正常的維護(hù)，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行和延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命起著至關(guān)重要的作用。我國(guó)地域遼闊，南北東西溫差變化范圍較大，隨著電氣化鐵路建設(shè)的突飛猛進(jìn)，機(jī)車(chē)運(yùn)行跨度也隨之加大，機(jī)車(chē)所承受的環(huán)境污穢水平也不盡相同，這就對(duì)保障車(chē)頂電氣絕緣的絕緣子來(lái)說(shuō)提出了更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為運(yùn)行部門(mén)堅(jiān)持對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和維護(hù)提出了更進(jìn)一步的要求。

硅橡膠絕緣子的傘裙和傘套為彈性體，在運(yùn)輸，安裝和維護(hù)過(guò)程中，應(yīng)避免被其它或尖銳物體劃傷(見(jiàn)圖4)，一旦傘裙、護(hù)套劃傷和破裂應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)或更換。因?yàn)閭闳购妥o(hù)套破裂和劃傷，將直接影響到傘裙和護(hù)套絕緣強(qiáng)度的降低。因?yàn)樵谖鄯x潮濕的作用下，泄露電流流經(jīng)絕緣子傷及表面或在高場(chǎng)強(qiáng)作用下產(chǎn)生局部放電，放電燒蝕傘裙和護(hù)套，使其降低絕緣強(qiáng)度，從而影響產(chǎn)品的電氣安全性能。

硅橡膠絕緣子雖然具有優(yōu)異的耐污性能和良好的自潔性能，但對(duì)于機(jī)車(chē)頂上的絕緣子來(lái)說(shuō)它是運(yùn)動(dòng)的，機(jī)車(chē)的提速促使其粘附污穢的能力再增大，如不及時(shí)清洗傘裙(傘套)表面污垢，絕緣子的耐污穢水平亦隨之降低，給機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患?？梢?jiàn)，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)對(duì)機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行亦至關(guān)重要。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)加強(qiáng)對(duì)機(jī)車(chē)硅橡膠復(fù)合絕緣子生產(chǎn)過(guò)程中的工藝控制和質(zhì)量監(jiān)控，確?；鞜捘z及各種原材料的質(zhì)量穩(wěn)定性和產(chǎn)品高溫硫化的均衡性；制定嚴(yán)格的產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)，試驗(yàn)規(guī)程。

(2)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要適應(yīng)機(jī)車(chē)發(fā)展需求，在滿(mǎn)足機(jī)車(chē)絕緣性能的前提下，更要滿(mǎn)足機(jī)車(chē)提速的運(yùn)行需要。

(3) 加強(qiáng)運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)硅橡膠絕緣子的監(jiān)測(cè)和維護(hù)保養(yǎng)，切實(shí)保障絕緣子良好的電氣絕緣性能。