论城轨接触网绝缘部件故障和运行维护

研究背景：

在轨道交通历年的运营过程中，出现过多次由于绝缘故障而导致开关大电流跳闸、甚至引发运营事故的案例，如2010 年6 月13 日，三号线XX 站-XX 路站上行触网停电事故就是由于电缆绝缘破损而引发的，并且影响到了运营，对社会造成了很大的负面影响。还有2011 年7 月24日，受雷击影响，XX 路站馈线绝缘子被击穿，XX 路站斜腕臂绝缘子被击穿事件，都引起了大电流跳闸，虽未影响到运营，但对接触网的设备造成了很大的伤害。为了减少此类事件的发生，就需要总结各类绝缘部件故障的原因，并提出解决的方案。

一、绝缘部件的故障类型及原因分析

接触网绝缘设备的作用：

（1）电气绝缘的作用。接触网设备按是否带电可分为带电部分及不带电部分，在两者之间就采用绝缘部件隔离，绝缘部件一旦损坏，就会引起接地故障。（2）机械连接的作用。绝缘部件作为整条线路上的一部分，起着连接与承载的作用，如腕臂绝缘子，它起到了支撑的作用；又如分段绝缘器中的绝缘棒（绝缘瓷瓶），都起着连接的作用，接触线拉伸工作负荷双线为24KN（单线为12KN）。

绝缘部件故障类型：

现有轨道交通线路分为户外段与隧道段，绝缘部件在不同环境中绝缘质量受到的影响有所不同，发生的故障也有所区别。绝缘部件的故障主要有绝缘距离不足、机械损伤、绝缘闪络、绝缘击穿及绝缘层破损等情况。

1、绝缘距离不够

在接触网系统中，针对不同设备，都有规定的绝缘距离（表1），低于此绝缘距离，就会有产生设备接地的安全隐患。

表1 不同设备的绝缘距离

在接触网日常检修中，必须严格按照此规定执行，遇到低于规定安全距离的情况，必须立即调整处理。确保接触网的安全运行。

2、机械损伤

机械损伤主要是由于外力的作用，导致绝缘部件折断或变形，最后导致绝缘故障。其中外力的来源有人为的以及其它原因所引起的。

1）人为因素

①作业时违章操作。在实际作业时，为了方便作业，无意中借力于绝缘部件或踩踏于绝缘部件，导致绝缘部件的变形或损坏。

②技术不熟练，操作方法不当。在安装绝缘部件时，由于安装不当，使得绝缘部件处于非正常受力状态，经过一段时间运行后，出现绝缘部件损伤情况。

2）其它因素

①在既有线路上，有些绝缘子安装是固定的，没有可移动的距离（如馈线绝缘子），而线索受环境的影响会有伸缩变化，如此一来，绝缘子受到线索的拉力，最终会导致鞍子端与底座不在同一直线上，产生了偏移，对绝缘子产生了损伤。

②在既有刚性线路上，由于隧道内有漏水，将水直接滴在绝缘子上，时间长以后，绝缘子以及线夹都发生锈蚀，导致定位点处的汇流排线夹与本体严重腐蚀，黏贴为一体，使得该点的实际电阻值远远大于标准值，当有电流通过时，该点长期过热，可加速绝缘瓷瓶的老化。按照刚性接触网相关的技术标准，汇流排定位线夹与汇流排之间应保持一定的自由活动余量，以减小定位装置与机车受电弓的瞬时冲击力；但由于此处长期漏水，造成汇流排线夹与本体严重腐蚀而成为一体，机车受电弓每次通过此定位点时，巨大的瞬时冲击力直接传至定位装置，而定位装置中最脆弱的部分是绝缘瓷瓶，当瓷瓶受到外界持续的无规律大力冲击后，必然造成瓷瓶的断裂。

3、绝缘闪络

绝缘闪络是指沿绝缘部件表面放电发展到贯穿性的空气击穿现象。在上海轨道交通的各条线路上，发生闪络的主要原因为：（1）绝缘部件表面和瓷裙内积灰或受油污污染，受潮后导致耐压强度降低，绝缘子表面形成放电回路，使泄漏电流增大，当达到一定值时，造成表面击穿放电，形成闪络，尤其是在细雨的情况下。（2）当线路上出现某种过电压时，也容易在绝缘子表面形成闪络。

闪络发生时，一般会引起变电站的跳闸，但随即会自动重合闸成功，虽然不会对线路运营产生影响，但对绝缘设备的性能产生了损伤。在2011 年5 月27 日，二号线XXX 站222 隔离开关发生绝缘故障。绝缘子表面有明显放电及烧伤痕迹，且表面有金属残留物，原因为隔离开关消弧棒放电熔断后，金属残留物飞溅至绝缘子表面，引起放电及烧伤，造成跳闸。

事故后对隔离开关绝缘子做了绝缘电阻试验，在耐压试验之前是2500MΩ，做完耐压试验（AC30KV/min）后，再次对其做绝缘电阻试验，结果还是2500MΩ，试验结果表明，隔离开关三个绝缘子在被表面放电后，虽然其外表受到了损伤，但其绝缘性能未受破坏。可见绝缘闪络对绝缘子只是表面损伤，在对表面进行处理后，绝缘子还是可以使用的。

4、绝缘击穿

当绝缘子受潮或受到过高的温度、过高的电压时，可能完全失去绝缘能力而导电，称为绝缘击穿或绝缘破坏。绝缘击穿时，通常会有大电流引起跳闸。从轨道交通的运行情况分析，绝缘子击穿主要发生在雷电天气时，由于雷电流的增加而导致绝缘子受冲击后击穿。

在2011 年7 月24 日，轨道交通一号线xx 路站馈线瓷瓶及xx 路站腕臂瓷瓶分别在线路受雷击后被击穿。在当天13：41 至14：13 之间，共发生四次跳闸，xx 路牵引站NC21 开关di/dt88A 跳闸、NC22 开关Imax10526A 跳闸，相邻站牵引站NC23 开关di/dt68A 跳闸、NC24 开关联跳，自动重合闸成功；XX 路牵引站NC21 开关△I4024A 跳闸，相邻站牵引站NC23 开关Imax9870A 跳闸，自动重合闸成功；XX 路牵引站NC21 开关△I8524A 跳闸，相邻站牵引站NC23 开关联跳，自动重合闸成功；XX 路牵引站NC21 开关△I4000A 跳闸，相邻站牵引站NC23 开关△I4008A 跳闸，自动重合闸成功。

针对这类绝缘子被击穿的故障，尤其是被雷电击穿，需要在户外线路上增强雷电防护措施。在既有线路上，避雷器的安装为200m±20m 一个，在一些空旷地带，无法很好的起到避雷作用。针对此类问题，可以增加避雷器的密度或加装避雷针、避雷线等。

5、绝缘层破损

近两年时间，轨道交通发生了多次电缆接地引起的事故，对社会造成了很大的负面影响。电缆接地故障主要是因为电缆受到外力的作用，导致电缆皮破损后与接地体连接引起接地故障，此类故障有故障点隐蔽性强，故障后影响范围大等特点，因此电缆检查是轨道交通接触网部门的重点检查项目。

2010 年6 月13 日，三号线一区间上行触网停电，接触网部门派出大量检修人员赶赴现场抢修，但经过很长一段时间排摸后仍无法找出故障点，最终只能采取强送电方式（对接触网设备有很大损伤的方式）查找故障点。从接到抢修令到最后完成抢修，共耗时100 分钟左右，对线路的运营产生了影响，对社会也带来了很大的负面影响。

在后续的事故分析中，经过对故障点及故障处电缆的分析得出：

1）由于上网电缆长期受高温（日照与电流温升）影响，电缆绝缘降低，在电缆卡子外力作用下，表皮局部热融变形。

2）电缆卡子和槽钢出现锈蚀，锈蚀物深粘到电缆皮中，电缆绝缘层绝缘降低，导致最终绝缘击穿。

针对此次故障，后续采取了对卡子固定处加装绝缘垫的处理措施。虽然这方法在短期内能避免电缆绝缘破损后的再次接地故障，但从长期来说，其效果不容乐观。电缆卡子之所以会将电缆外皮刺破，一是其与电缆的接触面太小，同等的压力之下电缆所受的力更大，二是卡子的材料属于易锈蚀的，在户外段容易将防锈层退去，从而生锈后导致锈蚀物进入电缆外皮。针对以上问题，可以采用宽边的不易生锈的卡子。

二、预防措施

为了保障接触网的安全运行，针对以上几种接触网绝缘部件的常见故障，需提出相应的措施。

1、绝缘距离不够容易引起绝缘击穿，对设备的稳定性有影响，不利于线路的稳定运行。在日常检修过程中，需要检修人员严格按照检修规程的要求，对不同情况下的绝缘距离调整到规定范围内。

2、闪络等由于表面受污而使得绝缘部件发生故障的情况，需要检修人员在日常检修过程中做好对绝缘部件的清理、保养工作，包括绝缘部件的表面和瓷裙内。按现行检修规程，绝缘部件的清扫为一年一次。

3、绝缘部件机械损伤这类由于外力原因导致绝缘部件损伤的情况，需要检修人员在作业过程中严格按照检修规程，严禁踩踏绝缘部件及将绝缘部件作为借力点使用。又如户外段馈线绝缘子受线索拉力后导致倾斜的情况，需要检修人员在日常检修过程中根据温度的变化进行适当调整。

4、由雷击引起的绝缘击穿。在各条户外段的线路上，都安装有避雷器、放电间隙等防雷设备。雷电流对绝缘设备的冲击是毁灭性的，为了防止绝缘部件的损坏，必须对线路做好防雷措施。安装避雷器、放电间隙，甚至是避雷针，尤其是那些空旷的户外段。与防雷设备配合使用的接地极等，都要做好日常维护。

5、绝缘层损坏后隐蔽性强，影响范围大，是一个比较棘手的问题。在三号线上，关于电缆的问题已经发生过两次了，每次都影响到运营。为了解决电缆绝缘层被破坏的问题，接触网部门采取了加装绝缘垫的方法，对容易引起接地故障的地方加装绝缘垫，如电连接线与倒立柱钢板边缘碰接处，避雷器上网电缆与抱箍螺栓的压紧处等，只要容易引起绝缘层破坏且破坏后会接地的地方都需要加装绝缘垫。

纵观整个地铁网络中，发生电缆接地故障都是户外段的线路，电缆一直处于日晒雨淋的环境，提前开始老化，使得电缆的使用寿命大大降低，因此，既有的大修规程需进行适当修改，应该有段适当的提前期，对整条线路的电缆进行更换。

三、总结

接触网绝缘部件作为接触网系统的重要组成部分，在运行过程中起到了举足轻重的作用，绝缘部件相当于消防战士的防火服，起到了隔离的作用。

在绝缘部件的各类常见故障中，绝缘闪络与击穿更多的不在控制范围内，我们所能做的只是尽可能的减少此类故障的发生，如在线路上加装避雷设备，扩大防雷范围，减少大电流对接触网设备的冲击。

由于机械连接强度不够而导致的故障，从上海轨道交通的运行记录来看，并不是很多，属于比较罕见的故障。此类故障发生的原因主要是由于绝缘部件的抗压或抗弯能力小于所受外力，最终导致绝缘部件弯曲或断裂。因此在零部件的进货时，需要对产品质量进行严格的把关。

在轨道交通的运行过程中，有各种各样的故障会发生，有自然的原因，有设备的原因，也有人为的原因，对于自然及材质的问题，我们需要尽可能的去避免；而对于人为原因，就需要检修人员提高工作的认真度及责任心。通过两者的结合，提高设备可靠性，为城市交通的正常运营奠定基础。