分段绝缘器性能比较及安装调试运行注意事项

哈密供电段供电技术科分段绝缘器性能比较及安装调试运行注意事项

二〇一七年二月

芦有鹍

分段绝缘器是接触网上实现同相电气分段、使受电弓平滑通过的重要绝缘设备。它将同一相供电单元的接触网分隔成几个独立的供电范围，为上下行电气分隔、站场供电分束、机务整备和车务装卸等提供作业条件。当接触网检修或发生故障时，能缩小停电范围，减少对运输的干扰。分段绝缘器故障时，往往会造成上下行、多个供电单元同时停电的严重后果，当接触网上或机车顶上有人作业时还会威胁人身安全。

一.分段绝缘器简介滑道式分段绝缘器：指绝缘部件全部或部分同时作为滑道的分段绝缘器，运行时电力机车受电弓与其直接接触非滑道式分段绝缘器：指绝缘部件不作为滑道的分段绝缘器分段绝缘器由导流滑道、绝缘部件、接头线夹和悬吊装置等零部件组成，按铁标TB/T3036－2002《25kV电气化铁道接触网用分段绝缘器》的分类：按《铁标》分类

分段绝缘器在接触网系统中是最大的集中荷载，在有限的空间内，集合接头线夹、导流滑道和绝缘元件等刚性部件于一体，悬挂弹性不如柔性较大的线索结构。在自然环境、行车速度、受电弓压力、接触网振动和线路条件等因素的综合作用下，分段绝缘器始终处于被动应付状态。由于运行条件苛刻、弓网配合条件差、停电检修维护困难等诸多原因，目前分段绝缘器故障已成为国内接触网的惯性故障，安全可靠运性的分段绝缘器已成为运行单位的祈求，已成为铁路总公司、铁路局、供电段安全管理的一个焦点。

二、常见分段绝缘器的性能比较分析20世纪80年代以前，国内普遍使用的高铝陶瓷分段绝缘器因受电弓过渡不平滑、高铝陶瓷被电弧烧伤后脱落、打弓等问题，被改革开放后陆续引进的各类分段绝缘器取代。各种引进、消化吸收再创新的分段绝缘器简况分述如下：1.仿英国BB公司分段绝缘器

菱形分段绝缘器属于绝缘滑道型、无断口，于1984年从英国BB公司引进用于京秦线。因有结构简单、质量轻、安装方便、过渡平滑等优点，迅速推广使用，国内诸多厂家纷纷仿制、改进。

绝缘滑道烧断后变形的菱形分段绝缘器主要故障类型及分析：

电位差：运行中的分段绝缘器两端存在着上百乃至数千伏的电位差，受电弓通过时，其滑板导通分段绝缘器的导流滑道，取流点转换的瞬间，相当于电路闭合→打开的过程。若分段器两端电位差较大，电力机车不取流时，其转换过程只是电位的瞬间转移，火花较小；电力机车取流时，其转换过程相当于带负荷打开电路，会有电弧发生。

(1)菱形分段绝缘器不消弧、绝缘滑道不耐弧而烧断

电弧：电弧是高温高导电率的游离气体，相当于纯电阻性的发热元件，其弧柱具有6000K以上的温度，超过所有材料的熔点。在接触间隙充满金属蒸汽的时会立即形成电火花，大量的电火花汇集成电弧，弧柱所及部位会发生熔融、裂解、气化，并留下永久痕迹。各种分段绝缘器中，以滑道式菱形分段绝缘器绝缘滑道的连接部位、取流及取流转换部位烧损最为严重。多次、反复的电弧烧灼导致绝缘滑道表面碳化、导流滑道局部变色和连接零件烧损，机电强度急剧下降，直至发生“断线”，引发弓网故障。此外，电弧的飘移还会将分段绝缘器的消弧角隙烧伤、烧熔，甚至烧断悬吊装置。接触电阻：除电位差和持续取流原因之外，受电弓与分段器之间产生电弧的另一个重要因素是接触电阻，接触电阻取决于两者的材料性质和运行状态。分段绝缘器的接头线夹和导流转换部位是弓网过渡的关键点，均是产生冲击的源头。冲击会引起受电弓与分段绝缘器之间的接触压力出现跳动，进而导致受电弓滑板与与分段绝缘器的导流滑道分离，分离的同时接触电阻增大，机车取流的巨大能量导致局部温度陡增，并随之产生电弧。振动波的传导使导流转换部位的工况恶化，进一步加剧了电弧的伤害。绝缘滑道被电弧灼伤碳化被烧损的连接部位烧断的绝缘滑道和烧伤的导流滑道取流部位的架空或虚接：受电弓与分段绝缘器同为框架结构，相互间的多点接触、受电弓滑板的几何尺寸以及滑板的非水平面磨耗，都有可能造成取流部位的架空或虚接。电力机车或动车组在分段绝缘器下方取流时，被架空或虚接的取流部位接触电阻增大，从而导致电弧的产生。炽热的电弧作用于不动的取流部位，必然烧伤部件。另外，电力机车通过分段绝缘器进入接触网无电区时，短路电流也会造成烧伤、烧断零部件。绝缘滑道烧断的菱形分段绝缘器绝缘滑道出现裂纹现象绝缘滑道出现烧损现象(2)绝缘滑道粘附受电弓滑板的粉末，引起贯通性击穿电力机车和动车组普遍使用DSA系列碳滑板受电弓，或在TSG型粉末冶金滑板、LV型受电弓上加装固体润滑条。受电弓通过分段绝缘器时，碳滑板或固体润滑条会与滑道式分段绝缘器（如菱形、仿AF型）的绝缘滑道底面直接摩擦，并在摩擦面上形成一层致密的碳膜。当表面淋水潮湿的状态下，其绝缘表面放电，产生烧灼痕迹甚至击穿。

(3)不耐污染，容易绝缘击穿铁路沿线内燃机车油烟、粉尘等污染源严重，绝缘元件表面受污染形成污秽层。污秽层遇到大雾、小雨以及雨雪交加、凝露结霜的天气时，其中所含的离子化合物（可溶性盐类）溶于水膜会形成离子电导，使绝缘元件表面流过较大的泄漏电流。污秽层电阻较高的区域被泄漏电流的热效应烘干形成干带，局部电压集中形成高场强，从而引起干带上空气击穿和泄漏电流的脉冲。干带上出现的放电与未烘干的污秽层电阻串联，串联电阻较低而泄漏电流脉冲较高时，绝缘元件表面会出现游离放电现象。放电初始仅发生在局部，但放电点产生的高温会导致高分子绝缘材料裂解，日积月累形成树枝状碳化通道。电火花和电弧中的带电粒子沿着碳化通道扩散、迁移逐步贯通，最终导致绝缘元件击穿。

树枝状碳化通道菱形分段绝缘器的绝缘滑道在污秽、潮湿的状态下，沿面闪络电压显著降低，往往在大雾、小雨以及雨雪交加、凝露结霜的天气下，承受对地电压或出现较大的牵引负载时，演变为严重的绝缘故障绝缘污染引发的故障(4)不能长时间对地耐压，否则绝缘击穿绝缘滑道不能承受长时间对地耐压，产品说明书为此做了强调“不应长时间处于对地耐压状态，尤其在雾、雨、雪等恶劣天气时，应尽量缩短其对地的耐压时间。”铁道部接触网《检规》修订也增加了本条款，铁路局《电气化铁路行车组织规则》、相关办法也有类似规定。因货物线、机务段整备线作业的需要，致使分段绝缘器单侧长时间对地耐压成为必然，绝缘击穿只是时间问题，机务段整备线作业组通常挂一根地线，击穿时可能威胁人身安全，有的货物线投运一年不到就击穿，而且发生故障后查找困难、停电时间长。

(5)绝缘清扫困难因绝缘滑道内是玻璃钢，它是环氧树脂与玻璃纤维经拉挤或缠绕工艺成型的高分子复合材料，外附绝缘涂层，绝缘滑道脏污后清扫困难，滑道底部因受电弓磨损后，清扫时玻璃纤维会扎入人手，给清洁工人带来苦恼。

2.仿ＡＦ公司的分段绝缘器

20世纪90年代初开始引进、仿制如XFFP-(1.6)(1.25)T(G)型，属于消弧、绝缘滑道型，中间2根绝缘棒对受电弓起辅助过渡作用，绝缘棒绝缘层允许磨耗为2mm，磨损后可以通过绝缘棒转动角度72度继续使用（5个工作面）。目前这类分段在国内使用非常普遍，总体运行情况是南方地区绝缘方面的故障多发、北方相对少些，打弓的现象南方、北方都较普遍。ＡＦ公司原产品的绝缘棒长度为1250ｍｍ，国内引进后按照铁标生产1600mm绝缘棒后，结构复杂，整体重量28kg、长3.7m，造成分段器结构庞大的结构性问题，国内生产的绝缘棒材质不过关成为最突出问题，这些都给安装调试、运行安全带来了诸多问题。主要故障类型及分析：PTF1聚四氟乙烯是该分段绝缘器主绝缘棒的包覆层，其芯棒为玻璃纤维挤压而成的玻璃钢材料，两端连接金属接头，包覆层插接于金属接头中。聚四氟乙烯的氟-碳链分子间的作用力极低，不粘附于任何物质，与玻璃纤维芯棒不能有机结合，金属接头的插接部位也不可能天衣无缝，热胀冷缩后聚四氟乙烯包覆层的收缩会导致插接部位出现缝隙、包覆层收缩产生缝隙。在南方潮湿地区，空气中的导电离子伴随着水分子沿缝隙在主绝缘上渗透、扩散而绝缘下降，泄漏电流增大导致主绝缘内部放电，玻璃钢芯棒表面出现碳化通道，随着碳化通道的延伸、扩展，玻璃钢芯棒的绝缘性能急剧下降。由于放电发生在主绝缘内部，外观检查不易发现，待电腐蚀穿透聚四氟乙烯包覆层时，主绝缘已经击穿。另外，聚四氟乙烯不吸水，密封性强，电弧产生的高温会导致侵入的空气和水分子膨胀，严重时包覆层爆裂。另，绝缘棒还有采用SMC材质绝缘包覆层的，与上述的情况相似。(1)主绝缘棒聚四氟乙烯的不粘附特性造成绝缘棒击穿

插接部位出现缝隙包覆层收缩产生的缝隙玻璃纤维芯棒的碳化通道绝缘棒包覆层爆裂、绝缘层脱离(2)电晕造成绝缘棒产生电蚀空洞，引起绝缘击穿某些处所接触网的电场不均匀性会生产电晕，电晕持续放电造成绝缘棒产生电蚀孔洞，水汽进入后引起绝缘芯棒绝缘下降，整体击穿、断脱。电晕在绝缘棒上造成电蚀空洞，进水后绝缘击穿电晕击穿点一个方面，该类分段绝缘器的导流滑道较长，安装、调整难度较大，悬吊、支撑部件对其技术状态的影响较大，过渡不平滑时振动大、振幅大，受到冲击也容易变形、断脱。导流滑道调整不到位、绝缘棒磨耗、振动、双弓通过等都能引起打弓现象，有的这类分段绝缘器刚投运就打弓而造成碳滑板生产缺口，甚至发生弓网故障。(3)导流滑道撞击打弓、磨损严重导流滑道撞击的痕迹分段绝缘器消弧导角撞击、折断滑板条被撞击的凹坑另一个方面，受电弓碳滑板表面不平整也会打击分段绝缘器导流板。因导流滑道低于绝缘棒2-5mm，受电弓表面不平顺时会撞击导流滑道，我们在电力机车车顶检查时曾经发现一台跨距轮乘电力机车的受电弓碳滑板磨耗严重呈凹字型，受电弓中心向两侧400mm范围内磨耗严重，400mm以外几乎没有磨耗，碳滑板表面高差最大处达到12mm，但因为碳滑板最小剩余厚度大于受电弓维修标准而仍然在用。(4)不锈钢焊接组合悬挂件断裂该分段绝缘器的悬挂组合件采用不锈钢焊接，因不锈钢焊接工艺技术要求极高、焊接过程质量难以控制，投运中的分段器即使从来没有受电弓通过也会发生断裂、脱落。如下组图：3.进口SIEMENS(类似AF结构)分段绝缘器京津、武广等高铁使用SIEMENS(类似AF结构)公司进口分段器，价格贵。其原产品的绝缘棒长度为1250ｍｍ，国内使用的是按照铁标生产1600mm绝缘棒的产品，分段器结构庞大。

主要故障类型及分析：安装调试困难。现场安装、调试难度大、时间长，调试技术要求高，调试中可能顾此失彼。

导流滑道撞击打弓、磨损严重，有的消弧棒被撞断脱。该类分段绝缘器的导流滑道长，悬吊、支撑部件对其技术状态的影响较大，受到冲击也容易变形。京津、武广高铁动车组通过频繁处所的分段绝缘器导流滑道撞击打弓、磨损严重，对磨损严重的消弧棒进行更换、相关技术参数进行调试后，分段绝缘器消弧棒磨损现象仍然继续并非常严重。因投运时间较短，还没有了解到绝缘棒、悬挂组合件等其它方面的问题。导流滑道撞击、磨损的情况SIEMENS(类似AF结构)分段绝缘器导流滑道磨损严重、消弧棒断脱的示意图导流滑道磨损严重、消弧棒断脱原因分析1.主绝缘棒加长至1600mm，导流滑道的结构也变长，受电弓通过时导流滑道、绝缘棒的变形大，接触网振动时导流滑道的末端即受电弓碳滑板始触点处振幅大，弓网配合困难。2.导流滑道与绝缘棒间隙过大，超过厂家要求的4mm标准，造成受电弓滑板整体与绝缘棒距离偏大，绝缘棒辅助受电弓通过的作用小，当受电弓过分段脱离短滑道2时，受电弓突然升高经过较大行程才接触绝缘棒，会产生冲击、晃动。又因间隙过大，当碳滑板脱离短滑道2与绝缘棒接触时，碳滑板已高于导流滑道3而撞击长滑道3，另一侧当碳滑板脱离长滑道1与绝缘棒接触时，碳滑板已高于导流滑道4而撞击短滑道4。3.分段绝缘器未按安装工艺调整负驰度。4.分段绝缘器处拉出值超过0+-50mm的标准。4.仿德国Adtranz分段绝缘器哈大线开通时使用U形结构的德国Adtranz分段绝缘器，具有结构简单、安装调试方便等优点，缺点是质量太重（约50kg）、硬点大，磁绝缘子易爆炸，空气绝缘为220mm不达标。国内仿制时进行了改进（如TK-XFFP-1.6型），主要是将磁绝缘子改成硅橡胶绝缘子，克服了进口分段器重量太大的问题，34kg、长约2米，重量仍然较大。

主要故障类型及分析：1）空气绝缘为220mm，达不到铁标要求的300mm，一侧停电检修、整备作业而接触网出现过电压时易击穿。2）一侧停电作业时，存在有电区、无电区并列段，高压电通过U形的导流板将电引入到无电区域，网工挂接地线时容易发生人身安全问题。

3）分段绝缘器U形单向开口，接触网振动大、曲线上或列车通过速度≥80km/h时，容易发生打弓，甚至钻弓事故。5.仿GSM分段绝缘器法国吉司玛GSM分段绝缘器：该分段绝缘器为菱形框架结构，在两侧空气绝缘间隙部位设置绝缘靴辅助受电弓过渡，结构紧凑、简单，安装调试方便。运行中发现的主要问题是空气间隙小为220mm，达不到铁标要求，在京郑线重污染区段、大雾天气时发生多次绝缘靴烧伤、断裂脱落的问题，在西南地区使用的总体情况较好，但在货专线一侧接地时天气不良情况下因绝缘靴处空气间隙太小容易跳闸，跳闸后绝缘恢复。法国GSM分段固定支架断裂、绝缘靴脱落仿GSM分段绝缘器情况介绍：在国内直接仿制或改进后生产的多家制造商中，目前仍然在铁路上供货的只剩下一家，其DXF-(1.6)Ⅰ型分段绝缘器在秦沈客运专线、京沪线（沪段）、神朔等线运行情况良好，改进后的DXF-(1.6)Ⅱ型分段绝缘器性能优越，在高速铁路接触网上已广泛使用。DXF-(1.6)Ⅰ型分段绝缘器是对GSM分段器的多处改进，通过3根硅橡胶绝缘增加了分段器的结构稳定性，改进辅助绝缘滑道（绝缘靴）与金属滑道的间距，绝缘靴改进为特殊进口材料，比较耐高温、电弧，不易粘附碳膜。空气绝缘间隙提高至250mm，对绝缘靴的固定支架的改进增强了牢靠度，避免了京郑线的类似问题。缺点是空气绝缘间隙为250mm仍未达标、绝缘靴固定架的牢靠程度仍未达到让人完全放心的程度。DXF-(1.6)Ⅱ型分段绝缘器是在DXF-(1.6)Ⅰ型的基础上，结合当前电气化铁路发展的技术特点对其薄弱环节进行改进、补强，贯彻“免维修少维护、分段绝缘器强受电弓弱、良好的弓网匹配”三大理念而研制。DXF-(1.6)Ⅱ型分段绝缘器主体采用锚头与三根绝缘棒的一体化结构，增强了整体的刚性，克服平面结构易产生挠度的缺点，且主绝缘棒与受电弓为非接触式，在主绝缘棒两侧有相对斜边对称的金属滑道与辅助绝缘滑道构成一个底部平面，与电力机车受电弓平滑接触、过渡。本体通过接触线夹与接触线连接，每侧两金属滑道间有消弧棒，以便两端有电位差时进行消弧，防止主绝缘件的烧损，两侧相对的金属滑道间有一个重叠区，保证供电的连续性。DXF-(1.6)Ⅱ型分段绝缘器主要技术特点：1）分段绝缘器空气绝缘间隙达到300mm，在同类产品中属于首创，填补了国内外的空白。

2）抗拉强度大，能满足接触网张力达到25＋20KN的使用需求。3）选用自洁性好、耐电弧性能强、爬距达1730mm的硅橡胶绝缘棒，实现绝缘部件免维修少维护。4）各类零部件选材优质、耐腐防锈、重量轻、连接可靠，辅助绝缘滑道采用进口的优质耐弧材料，对辅助绝缘滑道的支架进行了补强，优化了锚头、导流滑道、悬挂组件等零部件，选用轻质铝合金材料制作锚头等构件，降低分段绝缘器整体质量，减小弓网接触硬点；选用耐腐蚀、免维修的导流滑道、悬挂组件等部件；结构小、重量轻，总重19kg。可以持续安全可靠运行，达到免维修少维护要求。5）工厂整体化组装、实现底面绝对整体水平，再固化相应的螺母等易松件，提高整体的安全运行可靠性；整体组装后包装运送到现场，使得分段绝缘器在现场安装、调整工作量小，只需调整吊索，使分段绝缘器底面与轨面水平即可，运行中维护工作量小。7）适用各种受电弓。主体框架结构、辅助滑道坡度、金属滑道的宽度等均考虑了各种受电弓的适用性。6）适应各种恶劣的工作环境。适用于重污染、潮湿区段的电气化铁路的各种环境，可用于分段绝缘器一端长期接地的货物线、机务整备线等处所。三.分段绝缘器安装调试及运行中应注意的问题1.

针对绝缘滑道型分段绝缘器（菱形、AF型）自身的条件“不能长时间处于对地耐压状态，尤其在雾、雨、雪等恶劣天气时，应尽量缩短其对地的耐压时间。”建议加强与车务段、机务段等单位联劳协作，落实铁道部《检规》的要求，缩短对地耐压时间。彻底的解决方案是更换成硅橡胶做为主绝缘的非绝缘滑道型分段绝缘器。2．分段绝缘器的中心位置。铁道部《检规》中规定分段绝缘器“应位于受电弓中心”、不要超出误差范围，运行中应避免局部磨耗严重的受电弓滑板打弓。在接触线定位点附近设置分段绝缘器，应优先考虑分段绝缘器的位置，再确定拉出值，确保分段绝缘器位于受电弓中心。在渡线上安装分段绝缘器，也不能只顾及线岔交叉点而忽略分段绝缘器的位置。

分段绝缘器安装时，还应注意承力索相对于分段绝缘器的位置。如果承力索偏离线路中心或不在接触线正上方，会造成分段绝缘器处的悬吊装置长度不均。当温度变化时，线索的热胀冷缩会导致分段绝缘器受力不均，对水平状态产生不利影响。分段绝缘器安装位置的结构高度，应不小于消弧角隙高度＋空气绝缘间隙＋受电弓动态抬升量，并留有适当的裕度。当用于简单悬挂等特殊处所时，应有特殊设计的悬挂装配。3．分段、器件式分相应避免安装在曲线上。“分段绝缘器滑道应平行于轨面”，曲线超高通常按照列车通过的平均速度而定，当列车以平均速度通过时受电弓平面与分段器底面正好水平通过。当不同的客、货列车以不同速度通过，因离心力、曲线加宽、道床质量(速度低时曲线内轨下沉大，引起超高变大，严重时可能脱弓)等原因，会出现受电弓平面与分段绝缘器底面不水平、受电弓中心与分段器中心偏离、振动大等问题而可能打弓。4.

分段绝缘器应避免设在电力机车停车取流处。分段器的位置应考虑电力机车停车取流对安全的影响，特别是有直供电列车和动车组停靠的车站、有货物线的站线等更应引起关注。在可能的条件下，分段绝缘器的位置应尽量避开停车标志牌的对应位置，这样可以使电力机车和动车组的停车位置避开分段绝缘器，避免内燃机车向上喷射烟气污染、熏烤绝缘部件。5．尽量不用光棒绝缘子，承力索的电气隔离绝缘子应尽量选用硅橡胶绝缘子，避免出现光棒绝缘子可能造成的断脱、塌网事故。尽量避免使用可能造成的断脱、塌网事故的分段绝缘器。

6．分段绝缘器下方不得有内燃机车进行发电机试验。内燃机车涡轮增压器的入口温度约600℃，排气口温度约400℃。如果内燃机车在分段绝缘器下方启动或发动机怠速运行时，排出的废气直接喷向分段绝缘器，分段绝缘器极有可能受到150℃或更高温度的熏烤，促使其机械强度下降而发生拉脱事故或后续弓网故障。

8．滑道型分段绝缘器附着碳膜的绝缘滑道应及时清扫或更换，并避免在大雾、小雨以及雨雪交加、表面凝露结霜的天气时承受对地电压而击穿。9．DXF-(1.6)Ⅱ型分段绝缘器为避免断续性分流烧断悬吊组件，其悬吊组件采用绝缘类型，在分段绝缘器两侧2米范围内应安装吊弦实现承力索与接触线的等电位，避免悬浮电位较大时有可能在悬吊组件的绝缘环处产生的小放电声。10．加强机供联控与受电弓联合检查，发现受电弓碳滑板异常的磨耗面时要果断要求机务段更换，特别是对跨局长交路的电力机车、动车组要严加检查。7．关注受电弓的匹配，当受电弓型号及其滑板变化时，要考虑其对分段绝缘器、线岔、无交叉线岔等特殊设备的适应性。11．SIEMENS(类似AF结构)分段绝缘器的绝缘棒与导流滑道的间隙建议调小，让绝缘棒发挥辅助受电弓通过的作用，避免打弓。通过经常性检查，发现绝缘棒磨耗到限时，转动绝缘棒角度形成新的工