鐵路供電絕緣子閃絡(luò)分析及預(yù)防

摘要：電氣化鐵路絕緣子閃絡(luò)是造成牽引供電跳閘的主要原因之一，嚴(yán)重危及鐵路運(yùn)輸安全。本文重點(diǎn)分析研究絕緣子閃絡(luò)的原因和過程，提出預(yù)防性措施建議，從而降低絕緣子閃絡(luò)幾率，提升供電質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鐵路 供電 絕緣子 閃絡(luò)

1絕緣子閃絡(luò)的定義

絕緣子是懸掛和支持裸導(dǎo)體，并使帶電導(dǎo)體之間或?qū)w與接地體之間有足夠的距離和絕緣的重要部件。其主要起著兩個基本的作用，即機(jī)械支撐作用和電氣絕緣作用。閃絡(luò)是指沿絕緣子表面發(fā)生放電，導(dǎo)致絕緣子周圍的氣體或液體電介質(zhì)被擊穿時的一種現(xiàn)象。閃絡(luò)一般是由于絕緣子表面被臟污，從而導(dǎo)致絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，所以一般也被稱之為“污閃”，其放電時的電壓稱為閃絡(luò)電壓或污閃電壓。

2絕緣子閃絡(luò)的危害

發(fā)生閃絡(luò)后，電極間的電壓迅速下降到零或接近于零，閃絡(luò)通道中的火花或電弧使絕緣表面局部過熱造成炭化，損壞表面絕緣。

絕緣子閃絡(luò)造成的危害因供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式不同而不同，其中中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)，會造成線路單相接地，會產(chǎn)生很大的接地電流使變、配電所開關(guān)跳閘，這樣的系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)。反之，中性點(diǎn)不接地如鐵路電力貫通線路或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，絕緣子閃絡(luò)造成單相接地時，流過接地點(diǎn)的僅僅是系統(tǒng)中線路的電容電流或經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后的殘余電流，其數(shù)值很小，這樣的系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)則不同，對于三相牽引變電所牽引變壓器側(cè)其中一相是接地的，絕緣子閃絡(luò)否相當(dāng)于兩相短路，強(qiáng)大的短路電流將造成牽引變電所饋線速斷跳閘，中斷鐵路供電，影響鐵路運(yùn)輸。

3絕緣子閃絡(luò)的影響因素

3.1絕緣子本身

絕緣子本身的因素，主要考慮絕緣子的泄漏距離是否足夠，與絕緣子爬距、結(jié)構(gòu)與污閃電壓密切相關(guān)。一般情況下，污閃電壓隨爬距的增大而增加。絕緣子的結(jié)構(gòu)形狀直接影響絕緣子的防污性能，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使積污量減少，能提高污閃電壓。

3.2外部環(huán)境因素

3.2.1大氣污染

大氣污染會造成絕緣子表面積污。接觸網(wǎng)絕緣子暴露在露天大氣中運(yùn)行，受到大氣塵埃的污染是不可避免的。含有灰塵的氣流風(fēng)吹向絕緣子，在絕緣子傘裙下面的棱槽間和瓷件背后空間產(chǎn)生旋渦和湍流，使灰塵顆粒粘附在電瓷表面。臟污使本來較為光滑的表面變得粗糙，容易引起放電。臟污的成分如果是塵埃、酸、堿性及金屬性導(dǎo)電物質(zhì)，就會縮短放電距離，就更易引起放電。

3.2.2濕度

在干燥氣象條件下，表面臟污的絕緣子仍還有較高的絕緣強(qiáng)度。但在大霧、凝露、毛毛雨等氣象條件下，絕緣子的表面逐漸形成一層水膜，復(fù)合絕緣子由于其憎水性能的喪失，表面也會形成水膜，污層中的電解質(zhì)成分會充分溶于水中。由于絕緣子場強(qiáng)分布的不均勻，同時絕緣子表面覆有雜質(zhì)，加之水膜的成分復(fù)雜，在絕緣子的端部將是先形成電暈和局部電弧放電。由于空氣濕度的增加，空氣擊穿場強(qiáng)將明顯降低，進(jìn)而造成絕緣子端部瓷裙間飛弧擊穿，一旦第一片裙邊被擊穿，第二片裙邊將受更高的電壓，重復(fù)出現(xiàn)剛才的過程。由于交流電壓過零點(diǎn)時電弧要熄滅，所以在這種情況下，是否能造成絕緣子閃絡(luò)，取決于電弧的發(fā)展和被電離空氣的流動情況。如果霧氣（濕度）比較穩(wěn)定，電弧的重燃，則可能很快閃絡(luò);反之，如果空氣流動較快，被電離的通道很快消失，則不會演變成閃絡(luò)。

3.2.3覆冰

覆冰閃絡(luò)是受溫度、濕度、冷暖空氣對流、環(huán)境以及風(fēng)速等因素決定的綜合物理現(xiàn)象，較小的過冷水滴，因直徑過小，表面張力很大，難以改變結(jié)構(gòu)，也難遇到可作為凝結(jié)核的塵埃，雖然溫度在0攝氏度以下，卻仍以下降速度，緩慢的落至地面，形成“凍雨”。這種過冷卻水很不穩(wěn)定，一旦碰到地面上較冷的物體，如絕緣子，由于碰撞震動可使過冷卻水滴發(fā)生形變，水滴表面彎曲程度減小，表面張力也相應(yīng)減小，而絕緣子表面本身又可以起到類似凝結(jié)核的作用，從而使液態(tài)過冷卻水滴發(fā)生形變后有所依附，于是冷卻水滴便凝結(jié)成雨凇或者霧凇形式的覆冰覆蓋在絕緣子表面，進(jìn)而減低絕緣子的絕緣能力，導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)。

4絕緣子閃絡(luò)的預(yù)防

4.1加強(qiáng)絕緣清掃

為防止絕緣子閃絡(luò)，造成停電事故的發(fā)生，必須加強(qiáng)絕緣子的防污工作。首先要掌握污穢物質(zhì)的特性和污染期，正確劃分出重污區(qū)，以便為防閃絡(luò)工作提供可靠依據(jù)。根據(jù)不同污穢和污染程度制定出不同的清掃方法和清掃周期。重污穢區(qū)和嚴(yán)重污穢區(qū)等根據(jù)污染情況隨時清掃。二是根據(jù)絕緣子的季節(jié)性積污規(guī)律，制定科學(xué)的清掃周期。污閃多發(fā)生在秋末冬初和冬末初春季節(jié)。一般考慮地域氣候特點(diǎn)安排在閃絡(luò)出現(xiàn)頻率較高的時間段之前加強(qiáng)清掃。

4.2增大爬電比距

爬電比距越大，絕緣子污閃電壓越高。在沿線重霧、污染嚴(yán)重及頻繁發(fā)生污閃的區(qū)段合理地提高絕緣子的爬電比距，是提高閃絡(luò)電壓的有效途徑。目前，調(diào)整爬電距離的方法有裝設(shè)防爬裙或更換大爬距防污型絕緣子兩種。運(yùn)營實(shí)踐及資料表明，裝設(shè)防爬裙適合在變電所使用，不宜在接觸網(wǎng)棒式絕緣子上使用。更換大爬距絕緣子也要結(jié)合現(xiàn)場情況合理更換，并不是越大就越合適。

4.3更換復(fù)合絕緣子

復(fù)合絕緣子具有絕緣效果好、耐污能力強(qiáng)的特點(diǎn)。一是具有強(qiáng)憎水性。復(fù)合絕緣子爬裙具有極強(qiáng)的憎水性，由于硅橡膠材料本身性能，水分在表面形成水滴，污層難以浸透，污層不易形成連續(xù)的導(dǎo)電層，使絕緣子表面泄露電流甚小，改善閃絡(luò)特性。二是具有自潔功能。復(fù)合絕緣子爬裙能起到遮蓋作用，可減少絕緣子積污，而傘裙本身有一定的斜度、表面光滑，并且是軟質(zhì)彈性材料，在風(fēng)力、雨水作用下的自潔能力強(qiáng)，所以復(fù)合絕緣子的積污量、附鹽密度都有明顯降低，起到了一定防污作用。所以在重污染區(qū)或海邊潮濕的區(qū)域適合使用復(fù)合絕緣子。

但同樣也要考慮到，一是復(fù)合絕緣子承受的徑向（垂直于中心線）應(yīng)力很小，在機(jī)械性能上比較弱;二是因?yàn)樽陨聿牧系脑?，閃絡(luò)后絕緣子表面現(xiàn)象不明顯，所以一旦發(fā)生復(fù)合絕緣子閃絡(luò)或內(nèi)部損壞，故障查找不易發(fā)現(xiàn)，設(shè)備恢復(fù)的難度較大;三是當(dāng)前復(fù)合絕緣子生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的絕緣子質(zhì)量參差不齊，差異性比較大也就不能充分保證絕緣子性能的穩(wěn)定。

4.4使用表面涂料

在絕緣子表面涂憎水性材料，如有機(jī)硅質(zhì)、地蠟等，使絕緣子表面在潮濕天氣下不易形成連續(xù)水膜，能減小泄漏電流值，提高污閃電壓。

4.5增加防雷設(shè)施

在跳閘較頻繁區(qū)段，適當(dāng)增加防雷設(shè)施，可以降低雷擊對絕緣子以及其他供電設(shè)備的影響?？梢酝ㄟ^架設(shè)架空地線形成避雷線或者增加避雷器數(shù)量等方式，加強(qiáng)防雷措施。同時，近期也發(fā)現(xiàn)部分避雷器并不能充分滿足當(dāng)前部分高雷暴等區(qū)域的需求，發(fā)而發(fā)生了多起避雷器爆炸等問題，引發(fā)了次生故障，嚴(yán)重地影響了鐵路運(yùn)輸安全。鐵路供電系統(tǒng)防雷是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，所以選擇增加設(shè)備設(shè)施時一定要因地制宜、綜合考慮、適量安裝。

5結(jié)束語：

絕緣子閃絡(luò)是對電氣化鐵路供電可靠性危害極大的頻繁性事故，絕緣子積污和防污閃是個復(fù)雜的技術(shù)問題，至今絕緣子閃絡(luò)故障仍是我們供電系統(tǒng)上的頑疾。為提高供電可靠性，治標(biāo)的辦法可以采用加強(qiáng)絕緣子清掃力度、縮短清掃周期來減少污閃的發(fā)生率，治本的辦法可以通過調(diào)整爬電距離、更換大爬距防污型絕緣子或更換硅橡膠絕緣子等來徹底解決絕緣子閃絡(luò)的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng).成都：西南交大大學(xué)出版社，2003年6月

[2]劉海峰 李寶泉 常金旺.氣象因素對輸變電設(shè)備污閃的影響.河北電力技術(shù)，2002年3月

[3]陳軍.接觸網(wǎng)絕緣子污閃原因分析及防范對策.上海鐵道科技，2008年3月

[4]梁曦東 李少華.電力系統(tǒng)有機(jī)外絕緣的發(fā)展與展望.南方電網(wǎng)技術(shù)，2016年3月

作者簡介：徐勇 男 1986年2月 西南交通大學(xué) 電氣工程及其自動化專業(yè) ，中鐵電氣化鐵路運(yùn)管理有限公司深圳維管段 段長助理 工程師