動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障分析及改進(jìn)

張楊寧 張立偉 馬海濤

摘要：據(jù)統(tǒng)計(jì)動(dòng)車組在運(yùn)營過程中發(fā)生故障多數(shù)是由于車頂?shù)母邏弘姎庠O(shè)備頂絕緣子放電、燒損等設(shè)備閃絡(luò)所引起的。加強(qiáng)動(dòng)車組列車的安全性和減少故障率，具有極其重要的促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義?；诖?，結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)。筆者將對(duì)車頂高壓電氣設(shè)備配置外絕緣性性能及結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行研究，探討引起閃絡(luò)的內(nèi)外界因素，如：高速氣流、運(yùn)行時(shí)長、高海拔和風(fēng)沙等對(duì)絕緣子容易產(chǎn)生影響的因素，加以分析并提出關(guān)于預(yù)防閃絡(luò)的具體可實(shí)行措施，同時(shí)對(duì)于日常保養(yǎng)也提出了建議。希望能為有關(guān)部門人員在工作上提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;電氣設(shè)備;車頂;高壓;閃絡(luò)故障;改進(jìn)

隨著我國的鐵路建設(shè)發(fā)展勢頭越來越強(qiáng)，作為重要交通運(yùn)輸工具之一的鐵路運(yùn)輸，動(dòng)車組又是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，而動(dòng)車組車頂?shù)母邏弘姎庠O(shè)備就是動(dòng)車組的心臟。然而動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)會(huì)造成動(dòng)車高壓設(shè)備絕緣故障。尤其是在我國的高速動(dòng)車組列車越發(fā)的普及的今天，由于動(dòng)車組之前運(yùn)行時(shí)間相隔較短，一輛列車組的故障將會(huì)引起多趟高速列車組的晚點(diǎn)，產(chǎn)生晚點(diǎn)多米諾效應(yīng)。所以高鐵動(dòng)車組的車頂電氣設(shè)備閃絡(luò)故障不僅會(huì)給乘客帶來損失，也將給鐵路運(yùn)營公司乃至廠商都帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)影響，以及社會(huì)輿論影響。因此高速動(dòng)車組列車的安全穩(wěn)定的運(yùn)營得到足夠的重視，要求我們迫切的去研究和分析發(fā)生動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障的原因從而提出改進(jìn)的切實(shí)可行措施。

一、動(dòng)車組高壓設(shè)備外絕緣結(jié)構(gòu)

目前我國高速列車組的車頂高壓電氣設(shè)備普遍安裝于主變壓器車受電平臺(tái)上，除了將陶瓷絕緣體用在主斷路器上用來與車體絕緣意外。還通過裸銅軟線對(duì)高壓電氣設(shè)備間進(jìn)行連線實(shí)現(xiàn)電氣連接。電力機(jī)車上部網(wǎng)側(cè)由絕緣子對(duì)25kV電路中的電器進(jìn)行支撐和絕緣，再加上由于其工作環(huán)境的惡劣，變會(huì)發(fā)生閃絡(luò)故障。之前鄭州鐵路局對(duì)于此現(xiàn)象進(jìn)行了探討和研究，并采用了一系列改造措施，通過噴涂橡膠涂料在絕緣子上的方式大幅度的減少了動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障。盡管如此，由于近年來高速列車車組的技術(shù)不斷進(jìn)步也對(duì)環(huán)境等要求越來越嚴(yán)格。在京廣線上就發(fā)生過多次的動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障，嚴(yán)重的對(duì)鐵路運(yùn)輸安全運(yùn)輸生產(chǎn)造成了影響。

二、動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障機(jī)理及原因

通過對(duì)之前動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障的時(shí)間和一些環(huán)境因素對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在0度至3度之間時(shí)，在霧雨天氣濕度較大時(shí)候以及環(huán)境的污染指數(shù)過大時(shí)，故障多數(shù)發(fā)生在變電所的附近或者是站內(nèi)機(jī)車時(shí)候。經(jīng)觀察分析得出，認(rèn)為是由于絕緣子的污染較為嚴(yán)重的環(huán)境下積污過多，再加雨霧天氣的干擾，形成了局部電離面，電流造成一定的泄露。如果泄露的電流發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，那么表面的電壓分布就將變得不再均勻，從而電暈現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生，空氣被電離。即便在之前采用了硅橡膠涂料對(duì)絕緣子的表面進(jìn)行噴涂改造，短暫的提高絕緣子的耐污能力，但是時(shí)間長了絕緣子的表面硅橡膠涂層便會(huì)產(chǎn)生程度不等的龜裂現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣子的絕緣能力大幅度下降，經(jīng)調(diào)查發(fā)生龜裂的硅橡膠涂料層的絕緣能力比不噴涂涂料的絕緣子還要低，再叫龜裂的裂縫不易清潔，更容易藏污納垢，尤其在雨霧天氣，便會(huì)導(dǎo)致電橋，加上外部的電壓，極易發(fā)展成為閃絡(luò)故障。

在高速動(dòng)車組高速行駛的過程中，車頂上的電氣設(shè)備在迎風(fēng)面，氣流對(duì)設(shè)備表面造成沖刷作用，然而背面形成渦流區(qū)，極易造成凝霜和積污。雖然在行駛過程中氣流的冷卻可以對(duì)絕緣子閃絡(luò)擊穿產(chǎn)生抑制作用，但是在列車停站時(shí)處于臨界狀態(tài)的冰霜變回在高壓電機(jī)作用下融化，冰霜內(nèi)的雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致短路。閃絡(luò)放炮甚至燒毀絕緣子。最終導(dǎo)致動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障，影響高速列車組的安全穩(wěn)定運(yùn)營。

通過以上兩種動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障的分析，大致故障的原因可分為3種：電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工藝引發(fā)的高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)、電壓所引發(fā)的高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)、環(huán)境因素引發(fā)的高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)。

（一）電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工藝引發(fā)的高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)

大多的高速列車組的車頂高壓電氣設(shè)備都是選用裸銅軟連線進(jìn)行電氣連接的。在連接線的重力作用下，發(fā)生下垂，并且在高速列車組行駛過程中由于空氣和風(fēng)力的沖擊，進(jìn)行搖擺作用。在這種環(huán)境較為惡劣的情況下，致使列車組電氣間的間隙小于標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致電氣間隙空間不足，也就造成了動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備對(duì)車頂及空氣放電。除此之外，動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備之間的連接多數(shù)選用緊固螺栓，在緊固螺栓的端部易形成尖端效應(yīng)，當(dāng)列車組行駛到環(huán)境惡劣的地方時(shí)，動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備便會(huì)通過禁錮絡(luò)栓的尖端對(duì)空氣或車頂產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

（二）電壓所引發(fā)的高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)

大多的高速列車組的車頂高壓電氣設(shè)備的絕緣設(shè)備都是選用復(fù)合絕緣子。雖然經(jīng)研究這種復(fù)合絕緣子在爬電和憎水行優(yōu)良情況下的污穢絕緣強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃絕緣子和瓷絕緣子。但是不同使用年限之后，絕緣子的表面長期遭受電蝕和老化，其爬電距離和憎水性喪失。在正常的電壓作用下都較易發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。如果接觸的電壓更大，電波幅度較高情況下，更易產(chǎn)生閃絡(luò)現(xiàn)象了。

（三）環(huán)境因素引發(fā)的高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)

在環(huán)境的影響下，如污穢附著、霧霾、空氣濕度大、低溫、異物入侵及不明原因閃絡(luò)等。其中污穢閃絡(luò)、霧閃絡(luò)和濕閃絡(luò)占比最大。

三、防閃絡(luò)的改進(jìn)措施

對(duì)于以上不同原因的動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障，我們應(yīng)該及時(shí)的對(duì)高鐵動(dòng)車組采取相應(yīng)的整改措施。

由于電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工藝引發(fā)的高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)，建議采取用銅母排替換裸銅管;將動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備之間的緊固螺栓的栓頭向上安裝，可以增加導(dǎo)電體和車體之間的距離;對(duì)于產(chǎn)生龜裂以及結(jié)構(gòu)不合理的絕緣體噴涂絕緣涂料;并且在車頂?shù)母邏弘姎庠O(shè)備與車體之間的連接螺栓上安裝絕緣帽，加強(qiáng)絕緣能力;將車上的絕緣子更換為更加合適的絕緣子;

由于電壓因素所引起的動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障，建議將高壓供電絕緣子絕緣檢測裝置安裝在車頂，對(duì)絕緣子的絕緣能力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)絕緣子的絕緣能力下降到標(biāo)準(zhǔn)絕緣度下，自動(dòng)報(bào)警提示，以便于進(jìn)一步措施的實(shí)施，以防事故擴(kuò)大。

由于環(huán)境因素所引起的動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障，可以提高對(duì)車頂高壓電氣設(shè)備的檢查和清潔擦拭頻率，降低絕緣子的污穢程度，從而提高絕緣能力。

對(duì)于目前已經(jīng)采用噴涂措施的絕緣子，應(yīng)根據(jù)列車使用頻率定期檢查，重新噴涂。保證絕緣子的抗污能力。對(duì)機(jī)車的過點(diǎn)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行完善，降低電壓忽高忽低的頻率?？刂坪么箪F期間行車、停車前后以及車站庫內(nèi)的升降弓作業(yè)。提高機(jī)車車頂?shù)恼w絕緣水平，最好采用耐污穢性能良好絕緣子。

四、結(jié)語

動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備閃絡(luò)故障必將對(duì)列車組的正點(diǎn)，安全穩(wěn)定運(yùn)行都產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，基于在惡劣天氣下動(dòng)車組因閃絡(luò)故障導(dǎo)致的停運(yùn)故障背景下進(jìn)行了研究和分析。并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。希望通過本文對(duì)動(dòng)車組車頂?shù)碾姎庠O(shè)備改進(jìn)方案，可以讓動(dòng)車組在運(yùn)行復(fù)雜多變的環(huán)境下，克服閃絡(luò)故障。為動(dòng)車組列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

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