摘 要：在“大運(yùn)輸”“大整備”的發(fā)展背景下。本文深入探討了接觸網(wǎng)分段絕緣器在運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)、貨運(yùn)線路、專用路線及機(jī)車維修線的常見(jiàn)故障，并對(duì)這些情況做了詳細(xì)的解析與歸納，提出了一套包括管理策略和設(shè)備解決方案的管理措施。當(dāng)前，我國(guó)已經(jīng)擁有各種類型的接觸網(wǎng)分段絕緣器，而如何有效處理其在運(yùn)行過(guò)程中的故障已成為現(xiàn)階段接觸網(wǎng)檢查與維護(hù)管理工作亟待解決的關(guān)鍵難題之一。接觸網(wǎng)分段絕緣器主要用于機(jī)車的保養(yǎng)作業(yè)、貨物的搬運(yùn)操作以及特定的車輛進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)合，同時(shí)也能起到絕緣作用，對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行周期性的檢查和維修等工作。然而，由于我國(guó)鐵路混合牽引和部分區(qū)段環(huán)境污染等因素，導(dǎo)致了絕緣元件的服役壽命大幅降低，維修的時(shí)間大幅縮減。

關(guān)鍵詞：分段 故障 分析

1 緒論

目前，中國(guó)的鐵路正處于高速發(fā)展階段，電氣化線路運(yùn)營(yíng)里程持續(xù)增長(zhǎng)，列車開(kāi)行時(shí)速顯著提升，這已成為一個(gè)必然趨勢(shì)。為了確保鐵路安全、高效、準(zhǔn)時(shí)、無(wú)意外運(yùn)行，對(duì)其關(guān)鍵部件—隔離裝置的性能提出了更高的需求。但是，目前各種類型的器件式分段絕緣器在運(yùn)行期間都會(huì)出現(xiàn)一些故障，例如絕緣部件破損、與列車受電弓撞擊等，嚴(yán)重縮短了其服役年限。這些故障不但會(huì)對(duì)車輛的日常運(yùn)行造成嚴(yán)重的危害，而且還會(huì)對(duì)工作人員的身體和人身造成威脅，出現(xiàn)這些問(wèn)題的原因一是由于接觸網(wǎng)分段絕緣器工作的外部條件發(fā)生了巨大的變化；二是由于分段絕緣器本身所具有的缺點(diǎn)。

2 分段絕緣器的使用情況

接觸網(wǎng)是架設(shè)在鐵路線路上空向電力機(jī)車供電的特殊形式的供電線路，為確保牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和可變性，同時(shí)為了減少故障的影響程度，我們需要對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備按照區(qū)域進(jìn)行電氣分段，而分段絕緣器則是接觸網(wǎng)進(jìn)行電分段時(shí)經(jīng)常采用的一種絕緣設(shè)備，分段隔離設(shè)備是一種特殊的隔離設(shè)備，它把兩個(gè)鄰近的接觸線部分分隔開(kāi)來(lái)，以便進(jìn)行電力分區(qū)。該裝置一般與隔離開(kāi)關(guān)配合使用，通過(guò)獨(dú)立開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)每一分段的切換，提高了接觸網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與變化性。通常，在正常條件下，受電弓是帶電通過(guò)分段絕緣器的，但是，如果某個(gè)區(qū)段出現(xiàn)了故障或者由于建設(shè)、檢修等原因?qū)е碌耐＿\(yùn)，則需要斷開(kāi)該區(qū)段分段絕緣器上的隔離開(kāi)關(guān)，使這一區(qū)域的接觸網(wǎng)斷開(kāi)，而其它區(qū)域則可以恢復(fù)供電。

在電氣化鐵路區(qū)段，為保障車輛裝卸人員、機(jī)車維修人員及其它工作人員的工作便利與人身安全，接觸網(wǎng)在車站、裝卸線、機(jī)車整備線、車庫(kù)線、專用線、車站內(nèi)各車站（如渡線）之間設(shè)置分段隔離裝置，其主要功能是完成同相線路的電氣分區(qū)以及當(dāng)機(jī)車穿越區(qū)間分段時(shí)的負(fù)載傳遞。

3 分段絕緣器的工作現(xiàn)狀

3.1 貨線、專用線

當(dāng)運(yùn)輸?shù)呢浳锪坎粩嘣黾訒r(shí)，鐵路裝卸貨物線中斷供電的時(shí)間也在逐漸延長(zhǎng)。此外，當(dāng)兩個(gè)工作間隔時(shí)間之間有較長(zhǎng)的休息時(shí)間時(shí)，一些車站會(huì)在這段時(shí)間不閉合開(kāi)設(shè)備，減少了操作流程。

3.2 機(jī)車整備線

隨著運(yùn)輸需求的日益提升及列車數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，機(jī)車整備線及貨物裝卸線的使用頻率大幅度上升，即使是惡劣環(huán)境中，也必須繼續(xù)執(zhí)行工作。

3.3 機(jī)車出入庫(kù)線

由于動(dòng)力列車在出入庫(kù)線路過(guò)程中頻繁停車，因此，在運(yùn)行過(guò)程中，由于列車的受電弓可能會(huì)滯留在區(qū)段的分段絕緣器上，造成了列車在起動(dòng)過(guò)程中，直直接從區(qū)段的分段下方獲得電流。

3.4 運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)

在車站等運(yùn)行場(chǎng)所，往往有很多火車經(jīng)停。同時(shí)取流時(shí)，多為重載車，其取流量很大，造成了隔離開(kāi)關(guān)上的電壓差異很大。在此條件下，為了獲得電流，必須通過(guò)高電壓差的分段絕緣器來(lái)實(shí)現(xiàn)取流操作。

4 故障原因分析及后果

根據(jù)分段絕緣器的實(shí)際運(yùn)行情況及需求來(lái)看，它所面臨的是惡劣環(huán)境下的運(yùn)行，而這并不符合它的預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，這是導(dǎo)致分段絕緣器出現(xiàn)問(wèn)題的主要因素。通過(guò)對(duì)問(wèn)題產(chǎn)生機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)：設(shè)備的電氣特性確保了它們能夠穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)，然而，當(dāng)分段絕緣器發(fā)生故障時(shí)，大部分都是由絕緣部分的問(wèn)題引發(fā)的，因此，影響到分段絕緣器功能的關(guān)鍵因素就是削弱了這些設(shè)備的電氣特性。對(duì)此，我們總結(jié)出以下幾點(diǎn)可能的原因。

4.1 絕緣滑道與受電弓炭滑板磨擦并附著炭粉，導(dǎo)致絕緣滑板出現(xiàn)閃絡(luò)擊穿的情況

當(dāng)電力機(jī)車受電弓通過(guò)分段絕緣器時(shí)，雖然可能會(huì)有一些碳粉附著在絕緣滑動(dòng)片的底面，但是因?yàn)樘疾⒎橇己玫膶?dǎo)電材料，而且其絕緣滑動(dòng)條比較長(zhǎng)，所以在很短的時(shí)間里，絕緣滑動(dòng)片的漏電流一定會(huì)增加，但是不會(huì)發(fā)生破壞。在互相磨擦了很久之后，當(dāng)絕緣滑板下面的保護(hù)層被磨損掉之后，暴露出纖維結(jié)構(gòu)，并在這些區(qū)域形成橫向裂縫，這使得炭灰能夠慢慢堆積于此，從而使泄漏電流變大，但仍不至于對(duì)地耐壓時(shí)閃絡(luò)擊穿。在極端環(huán)境如雷雨天氣，水珠會(huì)在滑板表面積累，然后順著纖維方向滲透至底部，進(jìn)入并且停留在纖維裂痕處，與炭灰一起構(gòu)成了導(dǎo)電路徑。此時(shí)，就會(huì)發(fā)生突發(fā)的閃絡(luò)現(xiàn)象，最終導(dǎo)致設(shè)備跳閘。

4.1.1 在分段絕緣器壓差較大情況下，電力機(jī)車受電弓緩慢通過(guò)大電流燒斷了絕緣滑

電力機(jī)車在運(yùn)行緩慢并存在大量取流的情況下，如果與一側(cè)導(dǎo)流板非常接近，則可能引發(fā)電弧，因?yàn)閮蓚€(gè)弧根是固定的并且具有強(qiáng)大的電流來(lái)維持其燃燒。然而，一旦車輛遠(yuǎn)離另一個(gè)方向，電流會(huì)繼續(xù)為受電弓提供電力，從而導(dǎo)致更長(zhǎng)的電弧時(shí)間。當(dāng)電弧的熱量足以熔化和拉長(zhǎng)絕緣滑板，使得它的載荷降低到低于導(dǎo)線的張力水平時(shí)，它會(huì)被撕裂。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)或壓力差異大的上行和下行渡口之間。

4.1.2 機(jī)車闖分段

當(dāng)機(jī)車帶電駛?cè)霟o(wú)電區(qū)時(shí)，如果受電弓恰好靠近橋式絕緣子，就會(huì)發(fā)生電弧灼燒接觸側(cè)的絕緣滑道，相當(dāng)于縮短了絕緣距離。

無(wú)電區(qū)起弓后，若弓網(wǎng)處恰好處于集流狀態(tài)，則會(huì)使其與集電槽間的絕緣間距變小，極易發(fā)生燃弧，從而使接觸端的絕緣滑動(dòng)條燒毀。

這兩種情況都是由于駕駛員的錯(cuò)誤而引起的，這些故障都會(huì)引起裝置斷電，從而引起重大損失，甚至引起絕緣滑動(dòng)。

4.1.3 混合牽引和環(huán)境污染的影響

在采用混流方式運(yùn)行的區(qū)段式絕緣裝置，如果經(jīng)常接觸柴油機(jī)車排出的高溫尾氣，其絕緣等級(jí)將快速下降。此外，對(duì)環(huán)境的影響還會(huì)大幅縮短絕緣子的壽命和維護(hù)周期，尤其是在鐵路線旁的水泥工廠或礦區(qū)所產(chǎn)生的灰塵污染中，這些灰塵會(huì)慢慢地附著于絕緣子上并隨著下雨天的到來(lái)變成導(dǎo)體路徑，從而引發(fā)短路放電現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備斷電。

4.2 吊弦安裝不規(guī)范

一般情況下，接觸網(wǎng)的承力索和接觸線并不位于同一垂面上，通常是斜鏈結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致了絕緣器的吊弦長(zhǎng)度在其兩邊有所不同，從而使得它們的負(fù)載能力也各有差異。有可能其中一側(cè)的吊弦承受更大的壓力，進(jìn)而讓絕緣器的工作平面無(wú)法與其軌道保持水平，即便從視覺(jué)上看似乎是這樣。然而，一旦電力機(jī)車的受電弓經(jīng)過(guò)此處，因?yàn)榈跸业牟痪饫?，可能?huì)引起絕緣器產(chǎn)生偏移，影響受電弓在絕緣器處的平穩(wěn)過(guò)渡。

4.3 分段絕緣器安裝高度過(guò)大

分段絕緣器作為一種集中的電氣設(shè)備部件，分段絕緣器的品質(zhì)主要體現(xiàn)在其與接觸線接合的地方，這會(huì)因?yàn)樽陨淼闹亓慷鴮?dǎo)致接觸線出現(xiàn)顯著的下降弧形，從而使得分段絕緣器形成一個(gè)大硬點(diǎn)。為了避免這種情況的發(fā)生，所有的分段絕緣器都要求安裝的高度要超過(guò)接觸線的高度，例如瑞士的分段絕緣器已經(jīng)設(shè)置了高達(dá)70mm的高度差。這種設(shè)計(jì)可以確保當(dāng)受電弓經(jīng)過(guò)的時(shí)候，它的運(yùn)行軌跡能保持與提升后的接觸線相同的高度。但是，根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果顯示，對(duì)于速度不超過(guò)80km/h且接觸線張力未超出13kN的線路來(lái)說(shuō)，受電弓能夠?qū)崿F(xiàn)的最高抬升幅度僅有大約30mm～40mm，而且這個(gè)數(shù)值在懸掛點(diǎn)的位置還會(huì)更加減小，同時(shí)，電力機(jī)車的行駛速度通常較低，所以它們對(duì)接觸線的抬升力度也會(huì)相對(duì)較弱。這就意味著，假如我們把絕緣器安裝得太高的話，則受電弓將在瞬間產(chǎn)生一個(gè)向上的沖擊分量，進(jìn)而引發(fā)打弓現(xiàn)象。

4.4 分段絕緣器的導(dǎo)流銅滑道和絕緣滑道高度并不一致

盡管絕緣器的導(dǎo)流銅滑道和絕緣滑動(dòng)一般是在施工現(xiàn)場(chǎng)裝配，然而因?yàn)槭艿綀?chǎng)地環(huán)境和操作人員技能的影響，它們之間的連接往往不夠順暢且高度不同。曾經(jīng)發(fā)生在神朔線的例子就是，因其分?jǐn)嘟^緣器中絕緣滑動(dòng)軌道的高度設(shè)置得太低，導(dǎo)致了在車輛運(yùn)行速度為20公里每小時(shí)的時(shí)候產(chǎn)生了嚴(yán)重的打弓情況，硬點(diǎn)值達(dá)到了30g。

4.5 分段絕緣器的安裝調(diào)整存在方向性的錯(cuò)誤

經(jīng)過(guò)檢測(cè)車檢測(cè)的結(jié)果顯示，我國(guó)普遍采用的菱形分段絕緣器在裝配過(guò)程中往往出現(xiàn)錯(cuò)誤的方向設(shè)置。當(dāng)電力機(jī)車正面行駛過(guò)這些設(shè)備時(shí)，其運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定且承受的沖擊較輕微，然而，若電力機(jī)車反向行駛時(shí)，它會(huì)遭受較大的沖擊并產(chǎn)生明顯的打弓效應(yīng)。例如，在外福線上位于福州站六道的這個(gè)裝置，如果檢測(cè)車以20至30公里的速度正面行進(jìn)，那么它的沖擊加速度約為6g至8g，但如果是逆行的話，就會(huì)達(dá)到15g至18g。根據(jù)研究結(jié)果表明，這種差異主要是由分段絕緣器的位置決定的。通常情況下，分段絕緣器一般安裝在懸掛點(diǎn)附近，因?yàn)榇颂幍撵o態(tài)彈跳幅度較高，導(dǎo)致了兩側(cè)接觸線的彈性有區(qū)別。一旦電力機(jī)車分別自這兩個(gè)相反的角度穿過(guò)，它們對(duì)于接觸線的提升力度也會(huì)有所區(qū)別，從而使得接觸線的上升高度發(fā)生變動(dòng)。在正常情況下的提升程度較低，即電力機(jī)車從接觸線轉(zhuǎn)移到分段絕緣器的導(dǎo)引角度更小，所以產(chǎn)生的沖擊也就越小。而在反向行駛中，接觸線的提升程度更高，同時(shí)電力機(jī)車從接觸線轉(zhuǎn)換到分段絕緣器的導(dǎo)引角度更大，這就造成了更大的沖擊加速度。

4.6 安裝采用的緊線器不標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)線路的檢查分析，我們注意到許多地區(qū)選擇利用裝配有下錨功能的緊線器來(lái)完成分段和分相絕緣器的安裝調(diào)試工作。然而，這種方法可能導(dǎo)致緊線器過(guò)度拉伸并損壞接觸線，從而產(chǎn)生人為的接觸線硬點(diǎn)區(qū)域。所以，建議使用專門(mén)設(shè)計(jì)的安裝設(shè)備以確保接觸線被牢固地固定，以便于實(shí)施分段絕緣器的安裝過(guò)程。

總之，分段絕緣器故障的表現(xiàn)形式是多種多樣的，除去人為因素外還存在自然老化損壞、外界破壞、惡劣天氣等等，故此在供電系統(tǒng)中安排對(duì)其定期巡視，已排除其明顯故障或未表現(xiàn)的故障。

5 解決對(duì)策

5.1 加強(qiáng)清掃維護(hù)

針對(duì)列車的裝載量及周邊環(huán)境的污染情況，需加大對(duì)關(guān)鍵部位的絕緣元件的清洗，并減少其清洗時(shí)間，尤其要采用丙酮對(duì)粘有大量碳粉的絕緣滑板底面進(jìn)行高效清洗。

5.2 加強(qiáng)分段絕緣器使用的管理

要采取行之有效的措施加強(qiáng)供電部門(mén)、車站及機(jī)務(wù)段員工對(duì)其工作狀況的認(rèn)識(shí)與了解，同時(shí)要嚴(yán)格按規(guī)范要求的操作規(guī)程進(jìn)行操作，以保證其在良好的運(yùn)行工況下運(yùn)行。此外，我們也應(yīng)該提升電力機(jī)車司機(jī)正確的操控技巧，防止列車在分段下方停車或獲取電能，避免發(fā)生闖分段的情況。

伴隨著鐵路運(yùn)營(yíng)需求的持續(xù)轉(zhuǎn)變與高速發(fā)展的電氣化軌道系統(tǒng)，對(duì)于接觸網(wǎng)電分段設(shè)備的要求變得愈發(fā)復(fù)雜。透過(guò)深度研究分段絕緣器的缺陷問(wèn)題并評(píng)估其功能表現(xiàn)，提出有效的解決辦法，這有助于推動(dòng)我們積極開(kāi)發(fā)或引入新的分段絕緣器技術(shù)，同時(shí)也能更有效地管理現(xiàn)有的設(shè)備，從而提升電氣化軌道牽引供電系統(tǒng)的設(shè)備及管理的質(zhì)量。

5.3 現(xiàn)階段可采取的有效措施

5.3.1 加強(qiáng)日常培訓(xùn)

由于各種導(dǎo)線所采用的絕緣材料種類不盡相同，因此，要進(jìn)行分段隔離是一件很有難度的工作。因此，在施工前，要有專門(mén)的技術(shù)人員對(duì)施工工藝進(jìn)行研究，對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，合格后方可上崗。

5.3.2 合理設(shè)置分段絕緣器

在接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，既要兼顧維修斷電的便利性，又要減小事故的停電區(qū)域，還要兼顧機(jī)車、動(dòng)車組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及調(diào)車操作的需求。

5.3.3 接觸網(wǎng)分段絕緣器的設(shè)計(jì)建議

接觸網(wǎng)分段絕緣器發(fā)生故障很大程度上和設(shè)計(jì)用一定的關(guān)系，因此，管理人員在實(shí)際工作中必須重視設(shè)計(jì)管理，可以減少器件式分段絕緣器的數(shù)量，采用絕緣錨段關(guān)節(jié)進(jìn)行連接，或者采用先進(jìn)的分段絕緣器，這些都是值得考慮的設(shè)計(jì)建議。

5.3.4 研制高可靠性絕緣器

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)使用的分段絕緣器在安裝的平穩(wěn)性、受電弓所受的沖擊加速度等方面都比國(guó)外的絕緣器可靠性差，這極大地?fù)p害了弓網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行品質(zhì)，所以研發(fā)新型分段絕緣器是必要的。

5.3.5 使用水平尺

在每次安裝完絕緣體后，必須使用適當(dāng)?shù)乃匠邅?lái)對(duì)絕緣體工作區(qū)進(jìn)行仿真，以保證觸點(diǎn)的穩(wěn)定性和各部件之間沒(méi)有硬點(diǎn)。有些不平的滅弧角，可用專門(mén)的用具打磨平整，若不能需拆卸后重新安裝調(diào)試。

5.3.6 分配好分段兩側(cè)吊弦的力

要小心地把分段兩側(cè)吊弦的力分配好，以保證各節(jié)間的絕緣體都能承受均勻的應(yīng)力。這樣的話，當(dāng)電力機(jī)車受電弓通過(guò)時(shí)，也不會(huì)發(fā)生偏離。在設(shè)置分段絕緣器時(shí)，應(yīng)對(duì)靠近跨中線的應(yīng)力進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，將絕緣體固定在直截面上，將斜鏈型懸掛變?yōu)橹辨準(zhǔn)?，增加?dǎo)線的彈性，這樣就能保證絕緣體兩端的應(yīng)力均衡。

6 結(jié)論

對(duì)于接觸網(wǎng)設(shè)備的管理來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵部分的運(yùn)行與維護(hù)始終是較為脆弱的部分，我們必須持續(xù)地研究并積累經(jīng)驗(yàn)。而分段絕緣器作為一個(gè)重要的接觸網(wǎng)設(shè)備，在發(fā)生故障時(shí)能夠達(dá)到局部停電要求、縮小故障范圍的重要作用，然而，由于分段絕緣器的失效導(dǎo)致接觸網(wǎng)的事故，這為鐵路運(yùn)輸帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并對(duì)交通秩序造成了嚴(yán)重的破壞。因此，處理分段絕緣器的問(wèn)題已經(jīng)成為牽引供電系統(tǒng)的核心任務(wù)之一?，F(xiàn)在，各個(gè)部門(mén)都針對(duì)這個(gè)問(wèn)題實(shí)施了一些應(yīng)對(duì)策略，預(yù)計(jì)通過(guò)強(qiáng)化常規(guī)管理的手段，制訂維修流程及規(guī)范，把分段絕緣器的檢查納入常態(tài)化，同時(shí)提升設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和施工的標(biāo)準(zhǔn)，以防止問(wèn)題的產(chǎn)生，這樣就能有效解決牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)中因分段絕緣器引發(fā)的弓網(wǎng)事故，確保電氣化鐵道的供電運(yùn)行安全。

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