錢余生

(深圳地鐵集團有限公司運營分公司 廣東 深圳 518000)

1 分段絕緣器概況

城市軌道交通因其快速、經(jīng)濟、環(huán)保、節(jié)能等諸多優(yōu)點，被許多大中型城市接納，目前中國的城市軌道交通事業(yè)正處于高速發(fā)展階段。分段絕緣器作為城市軌道交通接觸網(wǎng)系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其現(xiàn)場運行狀態(tài)的好壞對線路的可靠運營起到至關(guān)重要的作用。分段絕緣器是實現(xiàn)接觸網(wǎng)電氣分段但又不影響受電弓與接觸線正?；械闹匾姎庠O(shè)備，一般多設(shè)于車輛段檢修、裝卸以及正線渡線、折返線等特殊線路。在正常情況下，機車受電弓帶電滑行通過分段絕緣器，當(dāng)某一側(cè)接觸網(wǎng)發(fā)生故障或因檢修需要停電時，可通過斷開分段絕緣器處的隔離開關(guān)，將該部分的接觸網(wǎng)斷電，而其他部分接觸網(wǎng)仍能正常供電，從而提高了接觸網(wǎng)運營的可靠性以及靈活性。

2 分段絕緣器故障分析

深圳地鐵從2004年開通以來，到目前為止共運營了3條線路。其中，1號線采用架空柔性接觸網(wǎng)，2、5號線采用架空剛性接觸網(wǎng)，其分段絕緣器采用的是法國加朗公司的JG 2117型(柔性)和JG 2142型(剛性)。下面對深圳地鐵開通以來分段絕緣器出現(xiàn)的較嚴(yán)重故障及缺陷進行分類匯總，并對其原因進行分析。

圖1 出現(xiàn)裂紋或斷裂的導(dǎo)流板

2.1 導(dǎo)流板裂紋或折斷

2005年11月，在1號線線路檢修時，發(fā)現(xiàn)多處分段絕緣器導(dǎo)流板轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)裂紋或折斷(見圖1);受此影響，部分機車受電弓的碳滑板斷裂。經(jīng)現(xiàn)場普查統(tǒng)計，這次出現(xiàn)故障的分段絕緣器集中在線路兩端站后折返線渡線線路上，導(dǎo)流板出現(xiàn)裂紋或折斷部位是在受電弓從接觸線過渡到分段絕緣器的始觸區(qū)(見圖3)。因本身質(zhì)量太大，造成分段絕緣器處的接觸網(wǎng)弛度大、彈性低，易形成較嚴(yán)重的硬點。由于始觸區(qū)接觸線距受電弓垂直方向的結(jié)構(gòu)高差大于導(dǎo)流板距受電弓垂直方向的結(jié)構(gòu)高差，當(dāng)受電弓由接觸線過渡至分段絕緣器瞬間時，會對導(dǎo)流板轉(zhuǎn)角處施加較大的水平撞擊作用力;同時，垂直方向上受電弓由于自身的彈力，對導(dǎo)流板施加一個垂直方向的接觸壓力。導(dǎo)流板在這兩種合力的作用下，在一定的循環(huán)次數(shù)后出現(xiàn)裂紋或折斷。從事后對故障分析看，主要由以下幾點原因造成。

2.1.1 受電弓碳滑板磨耗不均勻

事后對機車受電弓檢查，發(fā)現(xiàn)所有機車碳滑板都出現(xiàn)較嚴(yán)重的不均勻磨耗(見圖2)，一般距受電弓中心130 mm處，滑板高于受電弓中心4～5 mm(與長導(dǎo)流板接觸處，見圖3中的A1、A4點);距受電弓中心60 mm處(與短導(dǎo)流板接觸處，見圖3中的D1、D4點)滑板高于受電弓中心1～2 mm。在日常檢修時，一般要求始觸區(qū)的接觸線與導(dǎo)流板等高，但在實際運營中，當(dāng)受電弓從接觸線過渡至分段絕緣器瞬間時，因結(jié)構(gòu)高差，受電弓就會對導(dǎo)流板產(chǎn)生瞬間極大的撞擊力，導(dǎo)致受電弓出現(xiàn)撞弓、離線、拉弧等。針對該現(xiàn)象，通過重新合理布置接觸網(wǎng)拉出值，有效降低了受電弓碳滑板不均勻磨耗。

圖2 受電弓出現(xiàn)不均勻磨耗

圖3 分段絕緣器構(gòu)成

2.1.2 分段絕緣器安裝以及調(diào)整偏差

在分段絕緣器安裝時，要求其中心偏離線路中心不得大于50 mm，但在部分線路上達(dá)不到要求。該狀況加劇了始觸區(qū)受電弓相對于導(dǎo)流板和接觸線的結(jié)構(gòu)高差及對碳滑板的異常磨耗，通過增加定位的方式，保證分段絕緣器中心偏離線路中心在50 mm范圍內(nèi)。

2.1.3 分段絕緣器結(jié)構(gòu)存在缺陷

為了保證受電弓在通過分段絕緣器時平滑過渡，在接觸線與分段絕緣器的過渡區(qū)域，將分段絕緣器導(dǎo)流板向上做彎曲。同時，為了保證導(dǎo)流板有足夠調(diào)節(jié)余量，轉(zhuǎn)角處另加大約120°轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)(見圖4)。彎曲造成導(dǎo)流板彎曲處材料強度降低，轉(zhuǎn)角造成該處應(yīng)力集中，事后對同類導(dǎo)流板強度試驗的結(jié)果表明，彎曲處材料強度有明顯降低。同時，分段絕緣器長短導(dǎo)流板之間絕緣間隙過大(絕緣距離150 mm，如圖3所示的B1、B2或B3、B4之間的距離)，造成分段絕緣器穩(wěn)定性降低，加大受電弓對導(dǎo)流板始觸區(qū)的撞擊。將絕緣間隙由150 mm調(diào)整為100 mm，增大了其穩(wěn)定性。

圖4 導(dǎo)流板“始觸區(qū)”結(jié)構(gòu)

通過以上多種措施，截止到目前為止，沒有再出現(xiàn)同類故障，同時始觸區(qū)接觸線以及導(dǎo)流板磨耗、拉弧狀況得到很大改善。

2.2 分段絕緣器異響及拉弧

深圳地鐵從2004年運營到目前為止，分段絕緣器普遍存在異響及拉弧的問題，一直未得到有效的解決。一般在半徑小的曲線線路、不同供電分區(qū)間、車站出站口(線路兩端折返線)等特殊場所，分段絕緣器的這種情況表現(xiàn)得更為嚴(yán)重。從目前對該類故障的分析看，主要由以下原因造成。

2.2.1 不同供電分區(qū)間存在電位差

分段絕緣器由不同供電分區(qū)供電時，兩端存在自然電位差;同時，線路是否有機車取流以及分段絕緣器與各自變電所距離的增加等，也加劇分段絕緣器兩端的電位差。

2.2.2 線路半徑過小

分段絕緣器一般設(shè)置在渡線、折返線等特殊線路處，由于鋼軌超高、建筑結(jié)構(gòu)空間限制等條件的綜合影響，導(dǎo)致分段絕緣器在這些特殊區(qū)段的安裝位置嚴(yán)重偏離線路中心的合理誤差范圍;同時，由于軌道超高等原因，檢修時很難將導(dǎo)流板相對于軌平面調(diào)平，因此加劇受電弓與分段絕緣器的撞擊、離線和拉弧。

2.2.3 機車速度過低

分段絕緣器一般設(shè)置在輔助線路處，機車從分段絕緣器劃過時速度普遍較低，造成受電弓與分段絕緣器導(dǎo)流板分離、接觸時間加長，延長了電氣回路開閉時間，加劇了分段絕緣器的拉弧現(xiàn)象。同時，車站出口處的分段絕緣器(站后折返線)因機車啟動加速、取流較大，同樣會加劇分段絕緣器的拉弧現(xiàn)象。

2.2.4 受電弓碳滑板磨耗異常

由于隧道結(jié)構(gòu)、空間等一系列因素限制，接觸網(wǎng)拉出值很難按照理想化的方式進行布置，造成受電弓碳滑板磨耗不均，加劇受電弓通過分段絕緣器時的撞弓和拉弧。

2.3 分段絕緣器主絕緣竄電

分段絕緣器主絕緣竄電是深圳地鐵目前較為普遍存在的現(xiàn)象，特別是在各車輛段的不同供電分區(qū)之間。經(jīng)過多次對故障分段絕緣器電氣測試以及分析，發(fā)現(xiàn)分段絕緣器主絕緣表面的臟污程度對絕緣性能產(chǎn)生決定性影響。通過實驗發(fā)現(xiàn)，主絕緣較臟污時，其清潔前后的絕緣性能相差達(dá)到2000多倍。主絕緣竄電主要是因車輛段各供電分區(qū)有不同的施工作業(yè)要求，不能同時對各供電分區(qū)停送電，造成分段絕緣器一端長時間帶電。分段絕緣器因帶電一端電磁作用，使空氣中帶電荷顆粒以及金屬灰塵大量吸附在主絕緣表面，造成其絕緣性能嚴(yán)重下降，從而產(chǎn)生竄電現(xiàn)象。

3 合理化建議以及可行性方案

3.1 分段絕緣器結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化

法國加朗分段絕緣器的結(jié)構(gòu)緊湊、整體性較強，目前各條線的分段絕緣器總體運營狀態(tài)良好，同時在現(xiàn)場運營中也暴露出不足及需要改進的地方。

3.1.1 分段絕緣器本體太重

分段絕緣器本體過重一直是接觸網(wǎng)系統(tǒng)的一處硬傷，特別在架空柔性接觸網(wǎng)上該現(xiàn)象更為突出。JG2117型分段絕緣器從1992年到目前為止，其結(jié)構(gòu)、材質(zhì)都未加以改進;今后可通過先進的材料與機加工技術(shù)，在滿足機械、電氣性能的要求下盡可能減輕其質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減輕分段絕緣器處的接觸網(wǎng)硬點。

3.1.2 導(dǎo)流板始觸區(qū)強度較低

導(dǎo)流板是分段絕緣器與受電弓直接接觸的部分，從其現(xiàn)場運營來看，其結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，易造成轉(zhuǎn)角處斷裂?？筛鶕?jù)現(xiàn)場運營實況，對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，增加彎曲處的材料強度，消除轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。同時，現(xiàn)有分段絕緣器導(dǎo)流板調(diào)節(jié)余量較小，從目前分段絕緣器現(xiàn)場運營情況來看，部分導(dǎo)流板在最大調(diào)節(jié)量下滿足不了現(xiàn)場要求，造成始觸區(qū)接觸線導(dǎo)高比導(dǎo)流板略高，產(chǎn)生撞弓現(xiàn)象。在剛性接觸網(wǎng)中，該現(xiàn)象表現(xiàn)得更為突出，因此在分段絕緣器的最大弛度下，應(yīng)加大導(dǎo)流板可調(diào)節(jié)余量，使始觸區(qū)導(dǎo)流板距軌面的高度高于接觸線距軌面的高度。

3.1.3 分段絕緣器不可拆卸

加朗分段絕緣器的整體性較強，零部件之間幾乎都是“死連接”，但是在日常檢修過程中常會因小部件出現(xiàn)缺陷(如主絕緣破損、螺紋滑絲等)導(dǎo)致更換整套分段絕緣器，造成工作量大并增加運營成本。為此，可在不明顯降低分段絕緣器整體效果的情況下，增加零部件間的可拆除連接方式，減少工作量及運營成本。

3.1.4 分段絕緣器絕緣距離過大

深圳地鐵一期工程分段絕緣器的絕緣距離設(shè)計值為150 mm，在運營中發(fā)現(xiàn)分段絕緣器的穩(wěn)定性太差，受電弓經(jīng)過時容易左右擺動，增加了分段絕緣器撞弓以及拉弧現(xiàn)象。后期，將分段絕緣器的絕緣距離調(diào)整至100 mm(法國國家標(biāo)準(zhǔn)45 mm)，從目前現(xiàn)場情況來看，其拉弧、撞弓問題得到有效改善。

3.2 加強分段絕緣器日常維護

分段絕緣器是接觸網(wǎng)系統(tǒng)的重要設(shè)備，其故障可能引起接觸網(wǎng)塌網(wǎng)，中斷線路運營，因此應(yīng)加強其日常維護工作。

1)對特殊區(qū)域的分段絕緣器應(yīng)適當(dāng)縮短其檢修周期，如車輛段各供電分區(qū)間、正線折返線等;同時，盡可能避免分段絕緣器一端帶電、一端不帶電的狀況。

2)對于特殊線路處的分段絕緣器，應(yīng)綜合考慮拉出值、曲線半徑、受電弓磨耗規(guī)律等，合理控制其導(dǎo)高。

3)測量受電弓碳滑板磨耗，監(jiān)控分段絕緣器的運行狀態(tài)。

3.3 剛性分段絕緣器改為絕緣錨段關(guān)節(jié)

在現(xiàn)有的運營線路中，剛性接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)在運營過程中的撞弓、拉弧、磨耗等狀況都遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于分段絕緣器，所以可以考慮將部分非絕緣錨段關(guān)節(jié)改為絕緣錨段關(guān)節(jié)來代替分段絕緣器。2號線在后海停車場A、B供電分區(qū)之間做了一處該類設(shè)計的變更，將原設(shè)計的分段絕緣器用絕緣錨段關(guān)節(jié)代替。從目前運行情況來看，效果非常好，導(dǎo)線磨耗低、拉弧輕，同時消除了供電分區(qū)之間的竄電現(xiàn)象。另外，在剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)單線雙向通過的線路中，檢修時不可能將分段絕緣器的兩端調(diào)成光滑過渡，很容易產(chǎn)生撞擊以及拉弧現(xiàn)象，因此將分段絕緣器改為絕緣錨段關(guān)節(jié)，可以有效地改善這種狀況。

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