道岔整体绝缘在城市轨道交通中的研究与应用

道岔整体绝缘在城市轨道交通中的研究与应用

【摘要】为了保证道岔区段轨道电路的运用，在转换设备安装装置上安装有绝缘器件。目前，转换设备安装装置中，尖端铁与尖轨的绝缘是通过在尖端铁和尖轨的安装面放置绝缘片，在尖端铁和尖轨连接螺栓孔中放置绝缘管，在螺母的垫片与尖端铁接触面间放置绝缘垫来实现。而基本轨与长角钢的绝缘是通过在长角钢上下两个安装面放置绝缘板，在长角钢用于连接角形铁和长角钢的螺栓孔中放置绝缘管来实现。上述结构比较复杂，而且结构之间存在的空隙易进入具有导电性能的杂物，减小了爬电距离，且绝缘片、绝缘管易老化和断裂，从而无法保证可靠的绝缘性能。为保证设备正常运用，需要定期对其进行分解、检查。不但维护工作量大，影响运输生产，而且时有破损现象发生，造成轨道电路红光带，影响运输效率，危机行车安全。道岔整体绝缘保证系统结构使用要求的基础上，进一步提高道岔区段轨道电路绝缘的可靠性，同时实现对各部件的免清扫，减少维护工作量且结构简单。

【关键词】城市轨道交通信号系统道岔整体绝缘

1 道岔整体绝缘在城市轨道交通领域的研究背景

目前世界上城市轨道交通系统的供电方式，绝大多数采

用直流供电系统。作为电源的牵引整流变电所，通过与之正极相连的接触轨或架空接触网，向电动列车输送电能，然后通过列车，以走行轨作为直流电流的回流通路，最终在牵引整流变电所附近，将走行轨与牵引整流变电所负极相连，使馈出的直流电流返回牵引整流变电所（如图1所示）。

但供电系统在实际运营过程中，上述的直流回路往往无法保证与周围的环境完全隔绝，由于各种原因，供电系统对周围环境存在或多或少的泄漏电阻，因此走行轨与大地之间存在部分直流电流泄漏向大地的可能，也是导致信号道岔绝缘发生烧损。

广州地铁线网曾多次发生道岔绝缘烧损及转辙机L铁、杆件灼伤的现象，给线路正常运营造成影响。道岔绝缘烧损一般会出现火花和冒烟现象，而且时有导致杆件破损现象发生，造成轨道电路红光带，影响运输效率，对运输生产安全造成不良影响。在转换设备安装装置上安装有绝缘器件，是为了保证道岔区段轨道电路的运用。

轨道轨道交通道岔绝缘烧损的问题在国内外同样存在

类似的案例，目前国内外行业内关于此类问题的研究较少，无法提供有效的解决措施，该类问题成因复杂，涉及因素较多，曾有国内专家分析与钢轨回流通道位置、接地设置、列车泄流方式、大小、绝缘性能等多方面因素有关，该问题为国内高铁及城市轨道行业亟待解决的技术难题。

2 分散式道岔绝缘安装方式导致绝缘烧损的分析

目前，道岔绝缘安装装置采用分散式的安装方式，尖端铁与尖轨的绝缘是通过在尖端铁和尖轨的安装面放置绝缘片，在尖端铁和尖轨连接螺栓孔中放置绝缘管，在螺母的垫片与尖端铁接触面间放置绝缘垫来实现。而基本轨与长角钢的绝缘是通过在长角钢上下两个安装面放置绝缘板，在长角钢用于连接角形铁和长角钢的螺栓孔中放置绝缘管来实现（如图2所示）。上述结构比较复杂，而且结构之间存在的空隙容易进入具有导电性能的杂物，减小了爬电距离，且绝缘片、绝缘管容易老化和断裂，从而无法保证可靠的绝缘性能。

3 道岔整体绝缘的技术原理与现场试验

3.1 道岔整体绝缘技术原理

将城市轨道交通中大量应用的道岔转换设备与道岔尖轨和基本轨安装装置中的角形铁和尖端铁实现绝缘层一体化，替代现分散部件的道岔安装装置绝缘，提高道岔区段轨道电路的运用可靠性。其基本工作原理是将尖端铁和角形铁需要绝缘的部分表面以及连接孔处，整体压塑一层具有足够抗压和抗冲击强度的绝缘层，制成具有绝缘功能的尖端铁、角形铁和丁字铁。

主要研究了可用于城市轨道交通道岔安装装置中绝缘材料，以及尖端铁、角形铁、丁字铁固化一体的绝缘结构。

通过查阅和收集了大量固化绝缘材料的相关资料，了解和基本掌握了这些材料的性能和加工工艺。历经小件模压试验、简易模具模压试验和成型模具模压试验的比选，最终优化确定使用电气用纤维增强不饱和聚酯模塑料（BMC）。

3.2 道岔整体绝缘组成结构

根据广州地铁四、五号线S700K转辙机绝缘安装结构，尖端铁与尖轨的绝缘是通过在尖端铁和尖轨的安装面放置

绝缘片，在尖端铁和尖轨连接螺栓孔中放置绝缘管，在螺母的垫片与尖端铁接触面间放置绝缘垫来实现。而基本轨与长角钢的绝缘是通过在长角钢上下两个安装面放置绝缘板，在长角钢用于连接角形铁和长角钢的螺栓孔中放置绝缘管来

实现。

而道岔整体绝缘将角形铁、丁字铁和尖端铁实现绝缘层一体化，替代现分散部件的道岔安装装置绝缘，提高道岔区段轨道电路的运用可靠性（如图3所示）。

试验使用的BMC团状模塑料是专业用于模压成型或注塑成型工艺的新型复合材料。它是由不饱和树脂、固化剂、玻璃纤维、填料和低收缩添加剂组成的混合体。BMC的配方可根据产品的工艺要求进行灵活调整，使其最终所获得的压制品具有A级表面，耐电、阻燃、高光泽等特性，满足各种要求。

以受力强度较恶劣的角形铁为例。以目前的安装方式，

角形铁由于固定在角钢平面上，并且角形铁较短，其承受的主要为固定螺栓带来的压缩方向的压力，以及使用中过车振动带来的冲击力。若发生角形铁在角钢上的窜动，承受摩擦造成磨损的指标应为绝缘材料的硬度。

在角形铁被螺栓固定后，无压溃现象则可证明其满足压缩强度的要求。在冲击强度方面，BMC材料较3240材料高，而此参数决定了绝缘材料在使用中长期承受交变应力的能力。

通过上面的对比可以看出，改性纤维增强不饱和聚酯模塑料（BMC）在吸水率、冲击强度、硬度、绝缘电阻等方面均优于环氧树脂硬质层压板材料。而该材料流动性好，更加易于成型；均质乱向性好，玻纤更易流动到固化绝缘件的边缘和孔壁，大大增加了这些相对薄弱环节的强度；并且更加利于环保，工人生产环境好，废品可以回收处理。

3.3 道岔整体绝缘的耐压性

为改善道岔绝缘的性能，通过采用新工艺和新技术提高绝缘的等级以及耐压值，经过研究和试验，道岔整体绝缘相比较其他绝缘方式耐压值有很大提升。（1）对长、短两块绝缘板进行了扩孔处理，使绝缘管穿过上下两块绝缘板，减少爬电的空间；（2）用黄金绝缘胶布包裹L铁、长短铁板的孔洞以及螺栓，提高螺栓与L铁之间的绝缘值，减少爬电的机会；（3）使用道岔整体绝缘，在广州地铁变电实验室已对整