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关于SS3型机车车顶绝缘子闪络的原因分析及解决措施
作者：张宇
来源：《中国科技纵横》2013年第21期
【摘 要】 通过对SS3型电力机车车顶绝缘子闪络故障的原因分析，提出了针对性的解决措施。
【关键词】 SS3型机车 车顶绝缘子 闪络 原因 措施 1 问题的提出
我局SS3型电力机车投入运用以来，多次发生车顶闪络故障，经常造成接触网跳闸、断线，严重影响铁路运输秩序。以某次为例，三台SS3型电力机车（车号0522、0495、0158）同时发生闪络故障，造成电网跳闸。在机车回段后检查发现，机车受电弓中间下方支持白瓷瓶绝缘子如图1所示，表面均布满灰尘，放电痕迹明显。
经过对一系列相同事件的研究探索，初步摸索出了SS3型电力机车车顶绝缘子闪络故障的原因及解决措施，经实际应用效果良好，基本满足了使用要求。下面从工作原理，故障原因及解决措施三方面作一介绍并提出解决措施。 2 原因分析 2.1 绝缘子闪络机理
在线运行的绝缘子，在大气环境中，受到工业排放物以及自然扬尘等环境因素的影响，表面逐渐沉积了一层污秽物。在天气干燥的情况下，这些表面带有污秽物的绝缘子仍能保持较高的绝缘水平，其放电电压和洁净、干燥状态时相接近。然而，当遇有雾、露、毛毛雨以及融冰、融雪等潮湿天气时，在绝缘子表面会形成水膜。污层中的可融性盐类会融于水中，从而会形成导电的水膜，这样就有泄漏电流沿绝缘子表面流过。泄漏电流的大小主要取决于脏污程度和受潮程度。由于绝缘子的形状、结构尺寸等因素的影响，绝缘子表面各部位的电流密度不同，结果在电流密度大的部位首先形成干燥带，例如在悬式绝缘子的钢脚和铁帽附近，棒式支柱绝缘子的法兰交界处、芯棒、裙和芯棒交接处等。干燥带的形成使得绝缘子表面电压分布更加不均匀，干燥带承受较高的电压。当电场强度足够大时，将产生跨越干区的沿面放电，依脏污和受潮程度的不同，放电的类型可能是辉光放电、火花放电或产生局部电弧。这时，污染介质的表面放电模型相当于表面局部电弧串联着一段生于污层的电阻。局部电弧是一个间歇的放电过程，这种间歇的放电状态可能持续相当长的时间，当脏污和潮湿状态较严重时，局部电弧会逐步发展，当达到和超过临界状态时，电弧会贯穿两极，产生闪络。
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2.2 电力机车绝缘子闪络原因分析
电力机车车顶支持绝缘子表面的电场分布属于固体介质处于极不均匀电场中，但在界面大部分地方，电力线平行于界面的切向分量Eτ要比法向分量En大得多。在这种情况下，电极（铁帽）形状和布置已使电场很不均匀，因而绝缘子表面积聚电荷使电压重新分布所造成的电场畸变不会显著降低沿面放电电压。另外这种情况下电场法向分量En很弱，沿表面也没有较大的电容电流流过，放电过程中不会出现热电离现象，故没有明显的滑闪放电。表面试验证明：支持绝缘子的干闪络电压（表面干燥、清洁时）基本上随极间距离的增大而提高。 根据我局SS3型电力机车绝缘子特点与闪络故障发生的实际情况进行调查分析，有4种主要原因导致SS3型电力机车车顶绝缘子发生闪络故障。
（1）SS3型机车运用区段地处北方，气候条件较差。气温较低时降雨、雪、雾等恶劣天气绝缘子上附着的污秽降低了机车受电弓绝缘子的绝缘强度。降雨、雪、雾等恶劣天气空气中的污秽和潮气附着在电力机车车顶绝缘子表面（气温较低时还会结冰、霜），构成脏污性的导电通道，发生闪络和击穿。
（2）我局SS3型机车多是使用时间长的老型机车，基本上使用的都是瓷瓶绝缘子，瓷瓶绝缘子爬距小，其抗闪络能力较低，是整个电气化铁道电气绝缘强度方面最薄弱的环节。 （3）电力机车车顶绝缘子运行条件恶劣。由于电力机车受电弓支持绝缘子工作在接触网下方，当机车运行中受电弓与接触线滑动摩擦时，上千公里的接触线乃至接触网上附着物就会散落在机车受电弓绝缘子上，构成车顶绝缘子污染。小雨或大雾情况下会使散落物增加，因为此时空气中水汽大会造成接触网上附着物集结，受电弓摩擦后散落物增多且容易在绝缘子上附着，造成绝缘子绝缘强度降低。气温较低时降雨或者大雾还会使受电弓绝缘子附着物冻结为“冰凌”，从而使绝缘子强度大大降低，这也造成北方地区冬季机车车顶绝缘子闪络多发的原因。
（4）我局SS3型机车的主要运输区段空气中夹带较多盐分，风沙较大，使得绝缘子的污秽情况变得严重；途中的化工、冶金、水泥企业等产生的烟尘；公路、铁路扬起的灰尘；受电弓与接触导线摩擦产生的粉尘都是造成污闪的主要原因。 3 解决措施
3.1 加强电力机车检修作业及整备作业
一是严格按照标准对机车车顶绝缘子整体外表面定期进行擦拭，保证绝缘子表面光洁无污垢。（需要注意的是，不同材料的绝缘子清洁方法不一样，要严格按照绝缘子生产厂家提供的维护说明书进行），并检查是否有裂纹及放电痕迹。瓷瓶表面缺损面积小于3cm2时，可涂快干绝缘漆处理，否则更换新品；二是在小辅修中对绝缘子喷涂防污闪涂料。
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3.2 改进乘务员操纵
一是机车自整备出库尽可能保持不换弓。如换弓作业必须在换弓前用双弓运行一段再实施换弓，以减少受电弓频繁升降可能造成的接触网断线事故。二是利用好车顶绝缘检测装置。电力机车车顶绝缘检测装置是在不登机车车顶的情况下判断机车车顶高压设备绝缘状态的检测装置。该装置能够在不升弓、主断断开的情况下，由蓄电池提供电源，经过逆变器将蓄电池直流电变成50Hz/100V的交流电，再由高压互感器升压至25kV加在车顶高压设备上，通过司机室内网压表显示的电压变化来判断车顶高压设备是否接地或绝缘降低。机车运行中车顶电器出现故障后，再次升弓前，乘务员必须进行车顶绝缘检测试验。三是接触网覆冰时，必须立即停车，并通知前后车站及行车调度和机车调度，派专用除冰机车对接触网进行除冰作业。 3.3 对SS3型机车车顶绝缘子进行加改
将瓷瓶绝缘子改为绝缘性能更好的硅橡胶绝缘子（如图2、3）。硅橡胶绝缘子具有以下优点：
（1）金具和绝缘棒连接采用压接技术；芯棒与伞裙套采用一次整体注射硫化成型技术，解决了影响复合绝缘子可靠性的界面电击穿关键问题。
（2）针对车顶绝缘子的下裙边与其底座间在恶劣气候下的放电问题，加装防污闪隔弧增爬裙安装在下底座上，在不增加产品高度的前提下，大大提高了电弧距离和绝缘子爬电距离，彻底解决了绝缘子表面积污层变成导电体引起绝缘子下端伞裙对安装底座或车顶放电现象，提高了绝缘子耐雷电冲击电压的水平，并且绝缘裕度更大，更安全可靠。
（3）混合炼硅橡胶的绝缘子外套保证了车顶绝缘子电气机械性能，特别是均衡了耐电蚀性能和抗撕裂强度这两个相互对立的重要参数。电气性能好、机械性能高，具有优异的抗振性能，抗冲击性能和防脆断性能。更加适应在各种气候、工况环境下安全运行。解决了车顶绝缘子在高速运行时剧烈振动及起动、停车或遇到障碍物紧急停车时耐冲击的难题。
（4）耐酸、耐腐蚀、耐高温、抗弯抗拉强度高、有韧性的高强度玻璃纤维环氧树脂棒引拔棒（芯棒）作为支撑体，两端采用一次压接成型技术。其抗震性能、抗冲击力性能和防脆断性能更加适应在各种气候、工况、环境下安全运行。
（5）具有较好的憎水性及憎水迁移性等特性，防污闪能力强，虽然运行环境比较恶劣，工业尘埃密度大，污染较重，但绝缘子的耐压性能一直稳定。在相同污秽条件下，复合绝缘子的污闪电压比相同爬距的瓷绝缘子高一倍以上。此外，耐污性能好，绝缘子表面憎水性能高，维护周期长。具有优异的抗大气老化和紫外线老化性能，耐高温，可在200℃下工作，耐低温，在-60℃下仍保持弹性。
（6）闪裙采用光面设计消除了裙底波纹，更有利于绝缘子利用自然风雨进行自洁，只需按规定进行简单的保养即可满足绝缘子的使用要求。