姜萬(wàn)里

（國(guó)能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中的接觸網(wǎng)設(shè)備在鐵路運(yùn)輸中的作用日趨顯著，朔黃鐵路神池南站在復(fù)線上下行線路間、站場(chǎng)內(nèi)采用同一牽引變電所同一座母線供電。為了實(shí)現(xiàn)同相電氣隔離，保證供電的可靠性、靈活性，故障時(shí)縮小停電范圍且方便快速搶修恢復(fù)通車，同時(shí)保證電力機(jī)車受電弓能夠順利通過(guò)，對(duì)同一牽引變電所同一座母線供電范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)進(jìn)行了“分割、分束”供電，形成若干供電單元，相鄰的供電單元由器件式電分段或絕緣關(guān)節(jié)式電分段實(shí)現(xiàn)電氣分割。朔黃鐵路神池南站分I 場(chǎng)、II 場(chǎng)、機(jī)務(wù)折返段、裝卸線，由54 條電氣化股道、6 條聯(lián)絡(luò)線、4 條機(jī)走線組成，其中器件式電分段有56 臺(tái)，絕緣關(guān)節(jié)式電分段有5 處。通過(guò)日常晝夜間巡視和接觸網(wǎng)3C 檢測(cè)裝置上線運(yùn)行發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)電分段作為重要設(shè)備，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電弧現(xiàn)象，造成接觸網(wǎng)線索和器件式電分段出現(xiàn)不同程度的燒傷。2021 年全年，朔黃鐵路神池南站共發(fā)生接觸網(wǎng)電分段設(shè)備產(chǎn)生一、二級(jí)燃弧報(bào)警145 件/次，對(duì)接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行造成了不利影響，同時(shí)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)增加了難度。本文通過(guò)對(duì)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備產(chǎn)生電弧的原因進(jìn)行探討分析，并提出一些改進(jìn)措施和建議。

1 接觸網(wǎng)電分段

接觸網(wǎng)電分段有器件式電分段和絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段，這里討論隔離開關(guān)在分閘狀態(tài)。

1.1 器件式電分段

器件式電分段也叫分段絕緣器，能起到使同相位相鄰兩端接觸網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)電氣分割的同時(shí)允許受電弓通過(guò)且不間斷取流的作用。一般安裝在復(fù)線上下行間、站場(chǎng)分束供電、機(jī)車整備線、貨場(chǎng)裝卸線等處所。朔黃鐵路神池南站使用的分段絕緣器有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是XTK 消弧分段絕緣器，由絕緣滑道、導(dǎo)流滑道、懸掛組合件、接觸線接頭線夾及附屬連接件組成，XTK 消弧分段絕緣器主絕緣滑道采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料，同時(shí)起到機(jī)械連接和受電弓滑道的雙重作用。另一種是FYFH-2.0AT（空氣絕緣間隙≥300）-I 型分段絕緣器，由硅橡膠復(fù)合絕緣子、金屬滑道、絕緣輔助滑道、懸掛組合件、接觸線接頭線夾及附屬連接件組成，該分段絕緣器主絕緣與受電弓采用非直接接觸式、硅橡膠復(fù)合絕緣子，不與受電弓相磨，主絕緣硅橡膠復(fù)合絕緣子只起到機(jī)械連接作用，絕緣輔助滑道安裝在硅橡膠復(fù)合絕緣子上與受電弓接觸，與金屬導(dǎo)電滑道間靠空氣間隙絕緣。XTK 消弧分段絕緣器主絕緣由于經(jīng)常與受電弓碳滑板接觸，容易收到碳墨污染而降低主絕緣的性能，將會(huì)縮短XTK 消弧分段絕緣器使用壽命。FYFH-2.0AT（空氣絕緣間隙≥300）-I 型分段絕緣器由于絕緣輔助滑道的作用，即使絕緣輔助滑道受到碳墨污染也不會(huì)影響主絕緣硅橡膠復(fù)合絕緣子的絕緣性能，因此使用壽命較長(zhǎng)。朔黃鐵路神池南站使用的兩種分段絕緣器，如圖1 和圖2 所示。

圖1 XTK 消弧分段絕緣器

圖2 FYFH-2.0AT-I 型分段絕緣器

1.2 絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段

朔黃鐵路神池南站采用四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段，主要安裝于站場(chǎng)兩側(cè)和聯(lián)絡(luò)線處。主要是利用兩支接觸懸掛結(jié)構(gòu)之間500 mm的空氣絕緣間隙起電分段作用，電力機(jī)車受電弓在中心柱處實(shí)現(xiàn)兩錨段的轉(zhuǎn)換和過(guò)渡，同時(shí)在轉(zhuǎn)換柱處設(shè)置隔離開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電氣連接。絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段結(jié)構(gòu)參數(shù)如不符合標(biāo)準(zhǔn)極易引起電氣絕緣距離擊穿，導(dǎo)致設(shè)備故障或威脅人身安全。朔黃鐵路神池南站絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段結(jié)構(gòu)形式（圖3）。

圖3 四跨錨段關(guān)節(jié)式電分段

2 接觸網(wǎng)電分段設(shè)備產(chǎn)生電弧的原因分析

2.1 器件式電分段產(chǎn)生電弧的原因分析

2.1.1 受電弓碳滑板和外部環(huán)境的影響

主絕緣部件起到機(jī)械連接和受電弓滑道雙重作用的分段絕緣器，在受電弓往復(fù)通過(guò)主絕緣部件時(shí)，極易在主絕緣部件上留下受電弓上的碳粉末，鐵路站場(chǎng)周邊存在嚴(yán)重的粉塵污染源，在電力和內(nèi)燃機(jī)車混跑區(qū)段，在較為封閉的貨場(chǎng)，器件式電分段絕緣滑道上容易出現(xiàn)嚴(yán)重的污穢物沉積或金屬粉末、積碳，導(dǎo)致在雨雪等特殊的天氣條件下會(huì)降低絕緣部件的絕緣性能，當(dāng)一側(cè)饋線停電時(shí)，另一側(cè)帶電部分的電壓容易導(dǎo)通絕緣部件，使絕緣部件燒損。

2.1.2 器件式電分段成為硬點(diǎn)

如果器件式電分段安裝地點(diǎn)和參數(shù)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，使其成為硬點(diǎn)，電力機(jī)車振動(dòng)的受電弓通過(guò)器件式電分段時(shí)產(chǎn)生“離線”現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電弧。器件式電分段成為硬點(diǎn)的原因有兩個(gè)：①器件式電分段在安裝時(shí)或運(yùn)行過(guò)程中，導(dǎo)流滑道與軌面不平行，列車通過(guò)時(shí)導(dǎo)流滑道與受電弓滑板之間存在間隙；②器件式電分段安裝完畢后相對(duì)于兩側(cè)的定位點(diǎn)應(yīng)有規(guī)定的負(fù)馳度，而在實(shí)際運(yùn)行中器件式電分段大多處于正馳度或負(fù)馳度不滿足要求的狀態(tài)，造成器件式電分段打弓產(chǎn)生電弧現(xiàn)象。

2.2 絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段產(chǎn)生電弧的原因分析

2.2.1 絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

在絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段區(qū)域內(nèi)，電力機(jī)車受電弓先與兩錨段關(guān)節(jié)銜接處的一端接觸懸掛的工作支接觸，電力機(jī)車受電弓繼續(xù)運(yùn)行至中心柱等高區(qū)域，同時(shí)與工作支與非工作支接觸，然后受電弓脫離非工作支，又與一端工作支接觸，在整個(gè)過(guò)程中受電弓不間斷取流。電力機(jī)車受電弓在非工作支轉(zhuǎn)換瞬間，受電弓滑板與非工作支接觸線之間存在間隙，如果滿足生弧電壓和電流的條件時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生電?。▓D4）。

圖4 受電弓通過(guò)緣錨段關(guān)節(jié)式電分段

2.2.2 絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段特殊位置的影響

若絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段安裝位置距離調(diào)信號(hào)機(jī)較近，信號(hào)機(jī)開放后，電力機(jī)車啟動(dòng)后以緩慢的速度進(jìn)入絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段內(nèi)，也會(huì)造成電弧現(xiàn)象；當(dāng)絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段設(shè)置在大坡道或列車加速區(qū)段時(shí)，由于列車需取得更大的電流，同樣會(huì)在絕緣錨段關(guān)節(jié)內(nèi)形成電弧現(xiàn)象。

2.3 接觸網(wǎng)電分段設(shè)備產(chǎn)生電壓差的原因分析

從目前朔黃鐵路神池南站接觸網(wǎng)電分段設(shè)備的布置位置來(lái)看，牽引變電所各條饋線上網(wǎng)點(diǎn)距接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端的距離不同，有的甚至相差較大，產(chǎn)生的阻抗自然也不同，加上兩端電力機(jī)車行車密度不同，導(dǎo)致接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端本身存在較大的電位差，電力機(jī)車通過(guò)時(shí)產(chǎn)生電弧現(xiàn)象。電力機(jī)車受電弓通過(guò)電分段設(shè)備時(shí)，受電弓滑板會(huì)瞬間同時(shí)接通其兩端，負(fù)荷電流會(huì)由一端轉(zhuǎn)換到另一端，此過(guò)程相當(dāng)于在電路中帶負(fù)荷拉開開關(guān)，電路的結(jié)構(gòu)形式發(fā)生變化。

圖5 是電力機(jī)車受電弓通過(guò)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備時(shí)的等效電路，兩條饋出線由同一牽引變電所同一座母線供電，但是1#、2#電力機(jī)車的取流點(diǎn)位置不同，導(dǎo)致在接觸網(wǎng)電分段設(shè)備AB 兩端存在電壓差UAB?！鱑AB=Z（I1L1-I2L2），式中Z 為等效阻抗；L1、L2為電力機(jī)車取流點(diǎn)至電源點(diǎn)線路長(zhǎng)度；從式中可以得到：

圖5 電力機(jī)車通過(guò)接觸網(wǎng)電分段時(shí)的等效電路

（1）接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端供電臂長(zhǎng)度不同，對(duì)應(yīng)的阻抗不同，會(huì)產(chǎn)生電壓差。

（2）電力機(jī)車取流點(diǎn)位置不同會(huì)產(chǎn)生電壓差。

（3）接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端供電臂內(nèi)機(jī)車密度不同，會(huì)產(chǎn)生電壓差。

現(xiàn)場(chǎng)器件式電分段和絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，見圖6 和圖7。

圖6 器件式電分段產(chǎn)生電弧現(xiàn)象

圖7 絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段產(chǎn)生電弧現(xiàn)象

3 防范接觸網(wǎng)電分段設(shè)備電弧危害的措施探討

目前朔黃鐵路神池南站接觸網(wǎng)電分段設(shè)備由于受到環(huán)境、安裝條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝位置、設(shè)備性能等影響，當(dāng)電力機(jī)車取流通過(guò)時(shí)不可避免地產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，主要的區(qū)別是電弧能量的大小和電弧持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，但仍然會(huì)給接觸網(wǎng)電分段設(shè)備帶來(lái)不同程度的損壞。特別是在電力機(jī)車取流大、行駛速度緩慢的地方，經(jīng)過(guò)電弧多次累積損傷，最終會(huì)給接觸網(wǎng)電分段設(shè)備帶來(lái)破壞性的后果。因此，針對(duì)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備如何有效預(yù)防電弧危害，需制定一些防范措施，盡量減少對(duì)運(yùn)輸產(chǎn)生影響。

3.1 加強(qiáng)對(duì)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備的巡視檢修

利用周期或特殊巡視、天窗點(diǎn)內(nèi)檢修等方式對(duì)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備進(jìn)行巡視檢修，巡視檢修的重點(diǎn)有：

（1）根據(jù)器件式電分段的運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短等因素，實(shí)行差異化周期檢修，特別要重點(diǎn)關(guān)注重污區(qū)的器件式電分段設(shè)備，縮短維護(hù)清掃周期，根據(jù)天氣情況加強(qiáng)巡視清掃作業(yè)，以保持絕緣滑道的清潔，在檢修時(shí)必須保證器件式電分段銅滑道與軌面平行，務(wù)必使其工作于受電弓中心位置，同時(shí)相對(duì)于兩側(cè)的定位點(diǎn)要具有規(guī)定的負(fù)馳度以減少硬點(diǎn)。

（2）經(jīng)常對(duì)絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段的懸掛參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，保證兩支接觸懸掛的參數(shù)在正常范圍內(nèi)。

（3）夜間觀察電力機(jī)車受電弓通過(guò)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備時(shí)是否存在電弧現(xiàn)象。

（4）加強(qiáng)對(duì)絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段內(nèi)兩接觸懸掛線索的檢查，檢查是否存在因電弧燒傷兩接觸懸掛線索的現(xiàn)象，對(duì)燒傷較嚴(yán)重的地方進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或更換，為提前預(yù)防線索的燒傷可以在兩接觸懸掛承力索上安裝預(yù)絞式鎧裝護(hù)線條。

3.2 在接觸網(wǎng)電分段設(shè)備處所設(shè)置警示標(biāo)志

已投運(yùn)的電氣化鐵路，在器件式電分段安裝位置的左右相反兩側(cè)設(shè)置“受電弓禁停標(biāo)”，在絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段兩端設(shè)置“前方絕緣錨段關(guān)節(jié)200 m 禁停標(biāo)”對(duì)電力機(jī)車司機(jī)進(jìn)行提醒，以防司機(jī)將電力機(jī)車誤停在接觸網(wǎng)電分段區(qū)域內(nèi)，特別是當(dāng)電力機(jī)車誤停在絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分段區(qū)域內(nèi)時(shí)，短接兩支接觸線若電力機(jī)車受電弓與非支接觸線之間的空氣絕緣間隙不足時(shí)，當(dāng)電力機(jī)車再次起步運(yùn)行取流時(shí)，易造成非支接觸線發(fā)生斷線塌網(wǎng)事故。

3.3 從接觸網(wǎng)供電分區(qū)劃分原則進(jìn)行卡控

（1）在滿足接觸網(wǎng)供電的獨(dú)立性、靈活性、合理性、經(jīng)濟(jì)性等條件下，盡量減少接觸網(wǎng)電分段設(shè)備的設(shè)置數(shù)量。

（2）接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端的供電饋線必須由同一牽引變電所同一座母線接引。

（3）要盡量使接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端的供電分區(qū)范圍平衡，避免電力機(jī)車受電弓通過(guò)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備時(shí)，有較大的電流通過(guò)受電弓滑板進(jìn)行導(dǎo)通。

3.4 從接觸網(wǎng)電分段設(shè)備設(shè)計(jì)位置選擇進(jìn)行卡控

（1）到接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端的饋線長(zhǎng)度盡量不能相差過(guò)大，從而人為造成接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端存在較大的電壓差。

（2）在設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備的位置時(shí)，應(yīng)充分考慮其兩端電力機(jī)車取流的均勻性，同時(shí)車站值班員要合理布置接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端的機(jī)車數(shù)量，避免較大的穿越電流通過(guò)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備。

（3）盡量避免接觸網(wǎng)電分段設(shè)備所處的位置設(shè)計(jì)在坡度過(guò)大、列車加速取流地段，并合理設(shè)計(jì)信號(hào)機(jī)與接觸網(wǎng)電分段之間的距離。

（4）不宜將接觸網(wǎng)電分段設(shè)備設(shè)置在曲線或“S”曲線區(qū)段，增加調(diào)整檢修難度。

3.5 采用機(jī)車斷載過(guò)接觸網(wǎng)電分段技術(shù)

在接觸網(wǎng)電分段設(shè)備重點(diǎn)處所，建議使用比較成熟的例如“機(jī)車斷載過(guò)電分相”技術(shù)，但是需要在接觸網(wǎng)電分段設(shè)備兩端適當(dāng)位置設(shè)置“斷”、“合”標(biāo)志和相應(yīng)的磁感應(yīng)設(shè)備。此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是由于電力機(jī)車斷載通過(guò)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備，從源頭上消除了電弧的產(chǎn)生，提高了接觸網(wǎng)電分段設(shè)備的運(yùn)行條件，能夠延長(zhǎng)其使用壽命，缺點(diǎn)是需電力機(jī)車在較長(zhǎng)時(shí)間失電的情況下惰性通過(guò)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備，同時(shí)還需電力機(jī)車司機(jī)頻繁操作機(jī)車主斷路器，增加了電力機(jī)車司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

接觸網(wǎng)電分段是牽引供電中的關(guān)鍵設(shè)備，也是故障多發(fā)處所，具有一定的靈活性和重要性。本文通過(guò)對(duì)接觸網(wǎng)電分段產(chǎn)生電弧的原因進(jìn)行探討分析，得出接觸網(wǎng)電分段設(shè)備產(chǎn)生電弧的主要原因是存在電壓差，同時(shí)提出一些改進(jìn)措施和建議，對(duì)接觸網(wǎng)電分段設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要意義，同時(shí)希望能夠?yàn)榻佑|網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理單位和設(shè)計(jì)單位提供一些指導(dǎo)性意見。