1、doi 10 3969 j issn 1672 6073 2013 02 034 都市快轨交通 第 26卷 第 2期 2013年 4月 机电工程 城轨接触网分段绝缘器 故障分析与优化方案 钱余生 深圳地铁集团有限公司运营分公司 广东深圳 518000 摘 要 以深圳地铁为例 对城市轨道交通接触网分段 绝缘器现场运营出现的故障进行分析 讨论故障的主要 原因及相应的处理方法 为日后处理该类型故障提供方 案 根据实际情况 对产品设计 日常维护 产品线路设 置等提出建议 以便提高分段绝缘器的现场运营质量 关键词 城市轨道交通 接触网 分段绝缘器 故障分 析 结构优化 可行性方案 中图分类号 U226
2、5 文献标志码 A 文章编号 1672 6073 2013 02 0134 04 1 分段绝缘器概况 城市轨道交通因其快速 经济 环保 节能等诸多 优点 被许多大中型城市接纳 目前中国的城市轨道交 通事业正处于高速发展阶段 分段绝缘器作为城市轨 道交通接触网系统的重要设备之一 其现场运行状态 的好坏对线路的可靠运营起到至关重要的作用 分段 绝缘器是实现接触网电气分段但又不影响受电弓与接 触线正常滑行的重要电气设备 一般多设于车辆段检 修 装卸以及正线渡线 折返线等特殊线路 在正常情 况下 机车受电弓带电滑行通过分段绝缘器 当某一侧 接触网发生故障或因检修需要停电时 可通过断开分 段绝缘器处的隔
3、离开关 将该部分的接触网断电 而其 他部分接触网仍能正常供电 从而提高了接触网运营 的可靠性以及灵活性 2 分段绝缘器故障分析 深圳地铁从 2004 年开通以来 到目前为止共运营 收稿日期 2012 08 28 修回日期 2012 10 25 作者简介 钱余生 男 大学本科 工学学士 助理工程师 从事接触网 系统设备维护 qianyusheng 0518 163 com 了 3 条线路 其中 1 号线采用架空柔性接触网 2 5 号线采用架空刚性接触网 其分段绝缘器采用的是法 国加朗公司的 JG 2117 型 柔性 和 JG 2142 型 刚性 下面对深圳地铁开通以来分段绝缘器出现的较严重故 障
4、及缺陷进行分类汇总 并对其原因进行分析 图 1 出现裂纹或断裂的导流板 2 1 导流板裂纹或折断 2005 年 11 月 在 1 号线线路检修时 发现多处分 段绝缘器导流板转角处出现裂纹或折断 见图 1 受 此影响 部分机车受电弓的碳滑板断裂 经现场普查 统计 这次出现故障的分段绝缘器集中在线路两端站 后折返线渡线线路上 导流板出现裂纹或折断部位是 在受电弓从接触线过渡到分段绝缘器的始触区 见 图 3 因本身质量太大 造成分段绝缘器处的接触网 弛度大 弹性低 易形成较严重的硬点 由于始触区接 触线距受电弓垂直方向的结构高差大于导流板距受电 弓垂直方向的结构高差 当受电弓由接触线过渡至分 段绝缘
5、器瞬间时 会对导流板转角处施加较大的水平撞 击作用力 同时 垂直方向上受电弓由于自身的弹力 对 导流板施加一个垂直方向的接触压力 导流板在这两 种合力的作用下 在一定的循环次数后出现裂纹或折 断 从事后对故障分析看 主要由以下几点原因造成 431 城轨接触网分段绝缘器故障分析与优化方案 2 1 1 受电弓碳滑板磨耗不均匀 事后对机车受电弓检查 发现所有机车碳滑板都 出现较严重的不均匀磨耗 见图 2 一般距受电弓中 心 130 mm处 滑板高于受电弓中心 4 5 mm 与长导流板 接触处 见图 3 中的 A1 A4 点 距受电弓中心 60 mm 处 与短导流板接触处 见图 3 中的 D1 D4
6、点 滑板高于受 电弓中心 1 2 mm 在日常检修时 一般要求始触区的 接触线与导流板等高 但在实际运营中 当受电弓从接 触线过渡至分段绝缘器瞬间时 因结构高差 受电弓就 会对导流板产生瞬间极大的撞击力 导致受电弓出现撞 弓 离线 拉弧等 针对该现象 通过重新合理布置接触 网拉出值 有效降低了受电弓碳滑板不均匀磨耗 图 2 受电弓出现不均匀磨耗 图 3 分段绝缘器构成 2 1 2 分段绝缘器安装以及调整偏差 在分段绝缘器安装时 要求其中心偏离线路中心 不得大于 50 mm 但在部分线路上达不到要求 该状况 加剧了始触区受电弓相对于导流板和接触线的结构高 差及对碳滑板的异常磨耗 通过增加定位的方
7、式 保证 分段绝缘器中心偏离线路中心在 50 mm 范围内 2 1 3 分段绝缘器结构存在缺陷 为了保证受电弓在通过分段绝缘器时平滑过渡 在接触线与分段绝缘器的过渡区域 将分段绝缘器导 流板向上做弯曲 同时 为了保证导流板有足够调节 余量 转角处另加大约 120 转角结构 见图 4 弯曲 造成导流板弯曲处材料强度降低 转角造成该处应力 集中 事后对同类导流板强度试验的结果表明 弯曲处 材料强度有明显降低 同时 分段绝缘器长短导流板 之间绝缘间隙过大 绝缘距离 150 mm 如图 3 所示的 B1 B2 或 B3 B4 之间的距离 造成分段绝缘器稳定性 降低 加大受电弓对导流板始触区的撞击 将绝
8、缘间 隙由 150 mm 调整为 100 mm 增大了其稳定性 图 4 导流板 始触区 结构 通过以上多种措施 截止到目前为止 没有再出现 同类故障 同时始触区接触线以及导流板磨耗 拉弧状 况得到很大改善 2 2 分段绝缘器异响及拉弧 深圳地铁从 2004 年运营到目前为止 分段绝缘器 普遍存在异响及拉弧的问题 一直未得到有效的解决 一般在半径小的曲线线路 不同供电分区间 车站出站 口 线路两端折返线 等特殊场所 分段绝缘器的这种 情况表现得更为严重 从目前对该类故障的分析看 主要由以下原因造成 2 2 1 不同供电分区间存在电位差 分段绝缘器由不同供电分区供电时 两端存在自 然电位差 同时
9、线路是否有机车取流以及分段绝缘器 与各自变电所距离的增加等 也加剧分段绝缘器两端 的电位差 2 2 2 线路半径过小 分段绝缘器一般设置在渡线 折返线等特殊线路 处 由于钢轨超高 建筑结构空间限制等条件的综合影 响 导致分段绝缘器在这些特殊区段的安装位置严重 偏离线路中心的合理误差范围 同时 由于轨道超高等 原因 检修时很难将导流板相对于轨平面调平 因此加 剧受电弓与分段绝缘器的撞击 离线和拉弧 2 2 3 机车速度过低 分段绝缘器一般设置在辅助线路处 机车从分段 绝缘器划过时速度普遍较低 造成受电弓与分段绝缘 器导流板分离 接触时间加长 延长了电气回路开闭时 间 加剧了分段绝缘器的拉弧现象
10、同时 车站出口处 的分段绝缘器 站后折返线 因机车启动加速 取流较 大 同样会加剧分段绝缘器的拉弧现象 531 都市快轨交通 第 26卷 第 2期 2013年 4月 2 2 4 受电弓碳滑板磨耗异常 由于隧道结构 空间等一系列因素限制 接触网拉 出值很难按照理想化的方式进行布置 造成受电弓碳 滑板磨耗不均 加剧受电弓通过分段绝缘器时的撞弓 和拉弧 2 3 分段绝缘器主绝缘窜电 分段绝缘器主绝缘窜电是深圳地铁目前较为普遍 存在的现象 特别是在各车辆段的不同供电分区之间 经过多次对故障分段绝缘器电气测试以及分析 发现 分段绝缘器主绝缘表面的脏污程度对绝缘性能产生决 定性影响 通过实验发现 主绝缘较
11、脏污时 其清洁前 后的绝缘性能相差达到 2 000 多倍 主绝缘窜电主要 是因车辆段各供电分区有不同的施工作业要求 不能 同时对各供电分区停送电 造成分段绝缘器一端长时 间带电 分段绝缘器因带电一端电磁作用 使空气中 带电荷颗粒以及金属灰尘大量吸附在主绝缘表面 造 成其绝缘性能严重下降 从而产生窜电现象 3 合理化建议以及可行性方案 3 1 分段绝缘器结构需要优化 法国加朗分段绝缘器的结构紧凑 整体性较强 目 前各条线的分段绝缘器总体运营状态良好 同时在现 场运营中也暴露出不足及需要改进的地方 3 1 1 分段绝缘器本体太重 分段绝缘器本体过重一直是接触网系统的一处 硬伤 特别在架空柔性接触网
12、上该现象更为突出 JG2117 型分段绝缘器从 1992 年到目前为止 其结 构 材质都未加以改进 今后可通过先进的材料与机 加工技术 在满足机械 电气性能的要求下尽可能减 轻其质量 优化产品结构 减轻分段绝缘器处的接触 网硬点 3 1 2 导流板始触区强度较低 导流板是分段绝缘器与受电弓直接接触的部分 从其现场运营来看 其结构设计不合理 易造成转角处 断裂 可根据现场运营实况 对其结构进行优化设计 增加弯曲处的材料强度 消除转角处的应力集中 同 时 现有分段绝缘器导流板调节余量较小 从目前分段 绝缘器现场运营情况来看 部分导流板在最大调节量 下满足不了现场要求 造成始触区接触线导高比导流 板
13、略高 产生撞弓现象 在刚性接触网中 该现象表现 得更为突出 因此在分段绝缘器的最大弛度下 应加大 导流板可调节余量 使始触区导流板距轨面的高度高 于接触线距轨面的高度 3 1 3 分段绝缘器不可拆卸 加朗分段绝缘器的整体性较强 零部件之间几乎 都是 死连接 但是在日常检修过程中常会因小部件 出现缺陷 如主绝缘破损 螺纹滑丝等 导致更换整套 分段绝缘器 造成工作量大并增加运营成本 为此 可 在不明显降低分段绝缘器整体效果的情况下 增加零 部件间的可拆除连接方式 减少工作量及运营成本 3 1 4 分段绝缘器绝缘距离过大 深圳地铁一期工程分段绝缘器的绝缘距离设计值 为 150 mm 在运营中发现分段
14、绝缘器的稳定性太差 受 电弓经过时容易左右摆动 增加了分段绝缘器撞弓以 及拉弧现象 后期 将分段绝缘器的绝缘距离调整至 100 mm 法国国家标准 45 mm 从目前现场情况来看 其拉弧 撞弓问题得到有效改善 3 2 加强分段绝缘器日常维护 分段绝缘器是接触网系统的重要设备 其故障可 能引起接触网塌网 中断线路运营 因此应加强其日常 维护工作 1 对特殊区域的分段绝缘器应适当缩短其检修 周期 如车辆段各供电分区间 正线折返线等 同时 尽 可能避免分段绝缘器一端带电 一端不带电的状况 2 对于特殊线路处的分段绝缘器 应综合考虑拉 出值 曲线半径 受电弓磨耗规律等 合理控制其导高 3 测量受电弓碳
15、滑板磨耗 监控分段绝缘器的运 行状态 3 3 刚性分段绝缘器改为绝缘锚段关节 在现有的运营线路中 刚性接触网绝缘锚段关节 在运营过程中的撞弓 拉弧 磨耗等状况都远远好于分 段绝缘器 所以可以考虑将部分非绝缘锚段关节改为 绝缘锚段关节来代替分段绝缘器 2 号线在后海停车 场 A B 供电分区之间做了一处该类设计的变更 将原 设计的分段绝缘器用绝缘锚段关节代替 从目前运行 情况来看 效果非常好 导线磨耗低 拉弧轻 同时消除 了供电分区之间的窜电现象 另外 在刚性接触网系 统单线双向通过的线路中 检修时不可能将分段绝缘 器的两端调成光滑过渡 很容易产生撞击以及拉弧现 象 因此将分段绝缘器改为绝缘锚段
16、关节 可以有效地 改善这种状况 参考文献 1 濮良贵 纪名刚 机械设计 M 8 版 北京 高等教育出 631 城轨接触网分段绝缘器故障分析与优化方案 版社 2007 22 46 2 吉鹏霄 张桂林 电气化铁路接触网 M 2 版 北京 化 学工业出版社 2011 147 153 3 深圳地铁集团有限公司 接触网系统培训教材 M 深 圳 2007 103 106 4 苗为民 李勇力 关于分段绝缘器运行问题的探讨 J 铁道机车车辆 2010 1 84 93 5 深圳地铁2 号线工程直流1500V隔离开关和分段绝缘器 招标文件 G 深圳 2008 65 92 6 宋奇吼 李学武 城市轨道交通供电 M
17、3 版 北京 中 国铁道出版社 2012 240 241 7 TB 10075 2000 铁路电力牵引供电隧道内接触网设计 规范 S 北京 中国铁道出版社 2001 1 5 编辑 郭 洁 Failure Analysis and Optimum Program of Section Insulators in Urban Rail Transit Qian Yusheng Operation Company of Shenzhen Metro Corporation Shenzhen 518000 Abstract Section insulator is a relatively weak
18、link in the overhead contact system of metro This article analyses the failures of section insulators under operation in Shenzhen metro and reveals main causes of malfunction and handling method in order to provide treatment programs to this type of failures in the future According to the situation
19、of on site operators the author puts forward advice on product design routine maintenance and product line layout and so on to promote the quality of their on site operation Key words urban rail transit contact system section insulator failure analysis structural optimization 櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲
20、櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲 feasible program 上接第83 页 4 通过对大量现场的实际施工情况摸查 发现大 部分采用钢支撑支护的基坑工程为便于大型机具操 作 均存在一定的超挖现象 假如基坑周边有非常重 要的建 构 筑物或对沉降非常敏感的重大管线 建议 支撑体系采用砼支撑 避免超挖 以降低工程风险 5 及时封闭底板对控制周边建筑物沉降效果显 著 因此 建议在类似工程情况下合理组织工序 投入 足够的设备 机具 争取早日封闭底板 参考文献 1 施仲衡 地下铁道设计与施工 M 西安 陕西科学技术 出版社 1997 2 郑有才 回灌技术在基坑降水工程中的应用 J 勘
21、察科 学技术研究 2007 3 37 39 3 龚晓南 地基处理手册 M 2 版 北京 中国建筑工业出 版社 2000 4 SJG 05 96 深圳地区建筑深基坑支护技术规范 S 深 圳 深圳市勘察测绘院 1996 5 GB 50007 2002 建筑地基基础设计规范 S 北京 中国 建筑工业出版社 2002 6 JGJ 123 2000 既有建筑地基基础加固技术规范 S 北 京 中国建筑工业出版社 2000 7 中铁二院工程集团有限公司 深圳地铁2 号线燕南站主 体围护结构施工图 G 深圳 2008 编辑 郝京红 Impact of Excavation of Metro Station F
22、oundation Pit on Adjacent Buildings and Countermeasures Chen Yongwei Guangzhou Metro Design Research Institute Co Ltd Guangzhou 510010 Abstract When the metro foundation pit is adjacent to old buildings it is difficult to control the risks in design and construction Design and construction process w
23、ithout reasonable considerations may lead to plenty of unforeseen risks and waste in investment This paper focused on discussing the design and construction plan in conjunction with the Yannan Station of Shenzhen metro Line 2 and pointed out pertinent countermeasures Key words metro station foundation pit construction settlement dewatering 731
