CRH2型动车组车顶用绝缘子的分析

CRH2型动车组车顶用绝缘子的分析
上海铁道科技2009年第4期
CRH2型动车组车I页用绝缘子的分析
汪淑琴上海铁路局上海动车客车段
2007年4月,我国铁路进行了第六
次大提速,部分区段开行时速200km/h
的动车组列车.两年多以来200km速度
级动车组奔驰在祖国的大江南北,经受
住了酷暑和严寒的考验,标志着我国铁
路跨人了高速时代.
在此期问需要我们消化和吸收的东
西很多,例如高速动车组车顶用绝缘子
在2007年的冬季出现了部分闪络和开
裂的故障,影响了动车组正常的运营.为
此,本分析的目标是:综合动车组开通以
来的运行情况,结合国内运行的电力机
车车顶用绝缘子的成功经验,进一步分
析国内环境下高速动车组车顶绝缘子的
适应性,安装设计以及使用维护方法,从
而提高车顶绝缘子的可靠性,降低动车
组的故障率.
1绝缘子运用环境及材料
大气质量的下降和接触网绝缘子爬
距的大幅度提高f从600mm调到
1200mm,导致幅值很高的过电压引向机
车/动车组),车顶绝缘子的绝缘水平已
经不能适应冬季雾雪天气,特别是铁路
大提速以后,原有绝缘子不能满足安全运行的需要.
车顶绝缘子的闪络类型主要有污
闪,雨闪,冰闪,雷闪和操作闪络.针对此特点,高速动车组在选车顶用绝缘子时首先考虑绝缘子的材料和工艺,就材料而言可分为高压电瓷绝缘子,硅橡胶复合绝缘子和环氧树脂体系复合材料绝缘子三种.国内的电力机车正在用硅橡胶复合绝缘子逐步取代高压电瓷绝缘子, 环氧树脂体系复合材料绝缘子在国内运用还比较少,目前正在试验阶段的
300km/h动车受电弓支撑用的绝缘子是进口的环氧树脂材料产品.
2各种材料绝缘子的优,缺点
2.1瓷绝缘子
瓷绝缘子在车顶上已使用多年.瓷
是无机材料,耐侯性优异,原材料成本低,因而至今仍在各种领域中用量最大. 但其耐污闪性能很差,在湿污条件下闪络电压极低,极易发生污闪事故.它们在电力机车的实际使用中主要存在以下问题:
(1)由于裸露在车顶,常年遭受风吹
雨淋,容易污染,使绝缘强度降低,在运
行中(尤其是雨,雪,雾天气)容易发生高压爬电污闪击穿故障,造成途停或机破, 给安全运输带来严重损失.
(2)为了保证其绝缘强度,需要投入
大量的人力,物力去清洁,擦拭,而机车
回段的整备作业时间较短,所以很难保证清洁.
(3)机车运行中绝缘子由于受重力
较大,加上冲击,振动,容易使瓷瓶出现
老化,裂纹,有的不易发现,给安全生产
带来了隐患.
(4)在回库检修时,由于车顶空间狭
窄,工作过程中绝缘子容易被工具等物碰破,造成不必要的经济损失.
(5)由于重量大,当损坏需要更换时
极为不便,对安全生产造成了严重影响.
2.2硅橡胶复合绝缘子
硅橡胶复合绝缘子具有良好的机电
性能和优越的抗污闪能力,产品最高电压等级为150kV.我国将复合绝缘子列为"八五"重点推广项目.从电力机车车顶用硅橡胶复合绝缘子取代瓷绝缘子的实际运用来看,各铁路局收到了明显的经济效果.
硅橡胶材料的优劣,将直接影响其
憎水性的表现,以及绝缘子的耐污性能, 机械负载强度等,是适应高速,抗老化, 防污闪的关键,也是研究成果的关键.好的硅橡胶伞套,具备优良的耐气侯性,耐漏电起痕性,耐臭氧老化性,阻燃性,憎
水性等.硅橡胶的配方尤其是添加剂的选取与配合是保证硅胶质量的关键,同时价格相差十几倍之多,最终导致技术
指标差别很大.遇到严重污秽或雨,雪, 雾等不良天气时,劣质硅橡胶绝缘子仍会发生污闪事故.
硅橡胶复合绝缘子主要有以下特
性:
(1)耐污秽性能好(以CRH:动车组
受电弓绝缘子为例)
硅橡胶伞裙具有很高的耐污性和憎
水性,并具有恢复性和迁移性;在相同的爬电距离条件下,复合绝缘子的耐污性是瓷绝缘子的1.3～1.4倍,型式试验按IV级特重污秽地区,人工污秽耐受电压GRH型动车组车顶用绝缘子的分析
为40kV;人污秽闪络电压为50kV. (2)机械强度高
环氧玻璃纤维制品有着良好的电
气,机械性能,用作产品内绝缘支撑,保证了产品的内绝缘和机械性能,与瓷绝缘相比有良好的减振性能,对于运动状态的机车来说,这--A使产品机械性能较瓷绝缘有明显优势.例如CRH动车组受电弓用绝缘子设计运行速度
200km/h,并承受最大风速(35m/s)压力, 载荷以及机车加速度的要求.额定抗弯负荷为6kN,型式试验结果分别是:FQJI 和FQJ2型额定弯曲破坏值为9.4kN, FQJ3和FQJ4型额定弯曲破坏值为7.9kN,是额定弯曲负荷的1.3～1.6倍.
(3)电绝缘性能优异
以CRH动车组受电弓用绝缘子为
例,电性能指标按海拔3500m要求进行.在制作过程中,采用国内先进的整体模压全封闭一次成型技术,大大提高了电气的绝缘性能.型式试验技术指标为: 工频湿耐受电压80.2kV未闪络
工频于耐受电压30min122.4kV
未闪络
工频干闪络电压146.1kV
(4)抗老化能力强
复合外套选用硅橡胶为基材,进行
特殊的配方调整,改性后的硅橡胶,提高了耐漏电起痕和电蚀损性能,达到国际[EC标准,而且增强了抗老化能力.按此配方制造的棒形悬式绝缘子f我国第一批上网运行产品1在输电线路上运行了十三年返回试验室进行机电性能试验, 试验数据均符合标准要求.
(5)安全,防爆,重量轻
复合:芰柱绝缘子的重量是瓷绝缘子
的1/3~1/5,FQJ3—25/6型FQJ4—25/6 (400mm)高度单个重量3.7kg;复合绝
缘子是非脆性材料,不易破碎,即使遇到不可抗拒冲击,也不致造成爆破,便于运输及安装,从而保证人身和设备的安全. 但是,硅橡胶本身比较柔软,抗撕裂性能差,自身不能作为结构材料用,只能作外壳,其机械性能需要通过与其复合的支撑件来保证,因而在高速情况下伞裙有
可能发生舞动搭边,撕裂和折断等现象, 而且作为机械支撑的芯棒存在脆断的风险.
2.3环氧树脂体系复合材料绝缘子
在德国的ICE3和法国等国家的高
速动车上用一种环氧树脂体系复合材了制成的绝缘子.有关资料显示该材料除具有瓷和硅橡胶材质绝缘子的优点外还具有以下特点:
(1)具有良好的憎水迁移性和憎水
性恢复效应.
(2)固化收缩率低,一般小于0.2%,
采用适当填料后低于0.2%;线膨胀系数小,制晶尺寸稳定.
(3)耐腐蚀性良好,能长期耐受各种
酸碱和有机溶剂.
(4)能耐大多数霉菌,可长期在苛刻
的湿热带环境下使用.
(5)良好的耐热性.马丁耐热温度一
般为80～130%,选择合适的固化剂,可达250%以上,在长期高温下,机械强度也降低不大.
(6)吸水率低,23℃下14h吸水率为
0.03～0.o4%,使用偶联剂处理填料,可以进一步增强潮湿环境条件下的绝缘稳定性.
(7)在温度变化时产生的内应力小,
大大改善了与金属嵌件热膨胀系数不匹配引起的热循环开裂,能耐温度急剧变
化引起的冲击.
时速300kndh动车组目前装车的是
西门子MWW公司提供的环氧树脂复合绝缘子,对于此种材料运用于高速动车
组正在国内进行实际的运用考验.
3环境对绝缘子的影响及运用处理方法200km/h动车组开行以来,出现了
约多起绝缘子开裂,绝缘子/电压互感器
闪络的故障.故障多出现在冬季,特别北
方大雾的天气中一天发生多起.此现象
进一步说明了环境对动车组的影响的重要性,同时也给我们研究开发高速动车
组提出了更高的要求.
绝缘子故障的家族中污闪和雾闪二
者常常是携手同行的.由于动车组所经
地区的地形,地理,气候及污染源种类
多,车顶绝缘子受污染的情况十分复杂.
目前我国铁道运输内燃和电力牵引并存.内燃机车排出的废气废烟不仅直接
污染接触I救]的绝缘子,而且因其粘性大, 使其它污秽更容易在绝缘子表面凝积.
另外,动车组车顶与接触线的空间距离
十分有限,车顶绝缘子爬距较小,因此,
动车组车顶绝缘污闪问题相当严重.动
车组是非线性的冲击负荷,起动,停止,
过分相以及受电弓与接触线的接触跳动,都可能导致电磁暂态过程产生过电压,从而对污闪放电起"点火"诱发作用.
绝缘子污闪形成的三个要素是污秽,湿
润和高电压.动车组开行初期由于对车顶高压设备选用缺乏经验加之维护保养认知不足,今冬的大雾天气恰好满足了上述的三个要素,因而造成了部分绝缘子/电压互感器故障.
污闪形成分为积污,吸潮,烘干和出
现局部小电弧,电弧发展和闪络等阶段. 为提高污闪电压,需要对其形成因素采取有效措施,或者阻止,中断污闪放电过程中的任意一个阶段.
目前在高速动车组的设计中主要是
考虑调整,增大泄露比距和尝试采用新材料的耐污绝缘子.现车的使用维护中主要是针对不材料的绝缘子采取不同的维护方法.例如硅橡胶复合绝缘子采用温水轻轻擦拭(或湿毛巾),擦掉表面浮灰即可,不可用力或尖利物体(如铁丝球)刮刺,造成擦拭过渡,破坏伞裙表面
的憎水性等造成人为的损坏.加之动车运用所的日常清洁维护保养来保证动车组正常运行.
4结束语
铁路轮轨速度的不断提高,车顶绝
缘子的材料也在不断的开发更新,低速时代的电力机车以瓷为主,随着坏境的变化和车速的提高硅橡胶复合绝缘子正在逐步取代瓷绝缘子.高速动车组初期硅橡胶复合绝缘子占了主导地位,运用性能良好,但是它的局限性不可忽视,
300km/h乃至(下转第34页)
关于强化车务段安全管理的思考
嘤的管理手段,管理方式一是进一步明确务站段各科室职责权限,切实发挥
,务部¨专业管理的j三导作用.要进一步明确站段科室制定,执行,落实各项规章制度,对安全牛产直接负责的主体地位,坚决消除站段机关化的倾向.三要加强控型班组建设.要充分利用班组建没"二年上程"的有利时机,配强选好一批专业技术强,威卑高,能抓会管的班组长,住责,权,利上明晰,在考核机制k灵活,确保现场作业受控,安全基础达标.
(2)专业技术管理要进一步强化.一
是把充实专,管理队伍同提高专业管理队伍水平相结合,快速提升站段专业管水半.对量薄弱的科室,可从车间,
/J,站抽人以挂职锻炼的形式加强交流. 二是把补强同适应长远相结合,形成新制下规章技术管理的有效运作机制.
一
而,迅速结合新设备投入使用和新
线路投入运营带来的新情况,新问题,加快适配性规章的制定和完善.另一方面, 结合伞局大面积铁路建设的发展趋势, 加强对木来外部环境,设备设施变化及特点的预判,未雨绸缪,力争规章制度同新设备同步投入使用._一要加强专业管理评估检查和安全问题的专业分析.站
段科窜要狠抓】:作落实,及时深入一线抓现场安全卡控,加大现场作业控制力度,充分发挥科室包保检查的作用.科室还要加强与路局业务处室的协调沟通, 做刮信息畅通,为站段决策提供强有力的技术保障.
(3)适当提高站段自主管理的权限.
一
是做好结合部管理工作.要切实突出
铁路运输组织过程中车务站段的主体地位,各单位都要把工作的目标放在确保运输安全和提高运输效率上,坚决消除运输组织过程中推诿,扯皮的现象.在战略装卸点建设,路企直通运输的推进过程中,通过规范专用线安全管理制度,改进专用线技术设备,强化专用线人员培训来加强对专用线,专用铁道的管理.二是路局要加强对基层站段的财力,物力的支持,加强全面预算管理,帮助站段着重在预算的编制和执行两个关键环节上下功夫,抓好预算编制关,对生产过程中的需要进行提前预想,做好安排,真正发挥预算管理在经营管理中的作用.要挖掘生产过程中的节支潜力,在运输成本受控的条件下,统筹兼顾各个需求,按照实际的财力真正把有限的资金应用在急需解决的问题上.三是加强对领导班子的培训.通过党校,技校等专业机构的培训,来加强车务站段班子的领导能力,教
育班子成员自觉运用科学发展观来指导生产,促进发展.
(4)着重建设非正常情况下的应急
处置能力.一是通过检查监督,强化基层对非正常情况下应急处置预案演练的落实,确保预案及时修订,完善.通过协调
相关职能部门,为基层提供与现场使用设备适配的模拟演练设备,这样发生非正常时,基层才能做到忙而不乱,镇定从容.二是强化现场职工非正常情况下的"安全第一"责任.基层小站要把非正常情况下的应急处置能力,作为评价行车关键岗位,人员能力的重要依据.在职工业务考试中要增大非正常应急处理知识所占的比例,形成"非正常业务不熟悉, 业务考试就过不去"的态势,增强职工的自主学习意识.三是全力做好非正常情况下的后勤保障.发生非正常时,车务站段各部门要树立一盘棋思想,在物资,人员等方面都要无条件的给予配合,杜绝谈条件,讲价格.另外,站段要统筹考虑
现场实际,给予管理跨度较大的站,车间一
定的配车政策倾斜,使道路交通对应
急处置能力的制约减到最低.
(5)提升职工队伍素质.海恩法则指
出,人是一切生产活动中最核心,最关键,最活跃的要素.搞好安全生产,归根
到底要靠广大职工的责任心,同时还要
依靠广大职工的积极性,主动性和创造
性.建设一支高素质,高技能的人员队
伍,是适新应变的内在需求,也是安全生
产的基础保障.一是加强培训,大力培养
一
批一专多能人才,加大人员适用范围,
做到人尽其用,利用有限的人力去解决
现场的公休,事务性工作安排问题,尽力
缩小备班人员数量与生产实际需要之间
的差距.积极利用新技术新装备,优化作
业流程和分工,对部分岗点设置进行调
整.二是严把来源关,加强人员来源的审
查,为站段提供一个良好的人员基础.在
全局范围内加强调剂,促进人员合理流
动,使劳动力富裕地区人员流向劳动力
紧缺地区,配套作好相关服务,解决用人
单位后顾之忧.
责任编辑:万宝安
来稿日期:2009—08—3】
(上接第44页)更高速度级的动车组,
车顺用绝缘子的发展方向应该是性能
更女『的环氧树脂体系复合材料绝缘子
或新开发的适应高速硅橡胶绝缘子,特
别是高速动车组的开行和2008年初南
办大雪造成的覆冰对绝缘子的影响,把
对绝缘子深入的研究提到了日程上.
参考文献
[11大气环境与外绝缘[M].重庆:重庆大学出版社,1996.孙才新
[2]硅橡胶绝缘子在电力机车的应用[J],铁
道机车车辆,1993.李秋英
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[4]电力机车受电弓,导电杆用支持绝缘子技术鉴定资料[z],株洲电力机车厂,1992.
责任编辑:万宝安
来稿日期:2009—08—17。