青藏车冷凝水导致连接器绝缘下降原因分析及改进方案探讨

胡晓春

（南车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京210031）

青藏车冷凝水导致连接器绝缘下降原因分析及改进方案探讨

胡晓春

（南车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京210031）

在现场调研的基础上，对青藏客车由于冷凝水产生导致连接器绝缘性能下降的原因进行了分析；提出了对车端连接器结构及其在车体安装结构的改进方案，制定了现车安装改进型连接器以验证其改善绝缘性能的措施并实施，基本解决了青藏客车由于冷凝水导致的干线绝缘问题。并提出了新造客车干线绝缘问题解决方案。

青藏客车；绝缘性能；车端连接器；冷凝水；爬电距离

运装客车（2008）374号文件《关于明确铁道车辆电力干线绝缘电阻值标准的通知》中明确规定，运用列车及单车线间绝缘电阻大于2 MΩ。2010年11月，上海车辆段反映南车南京浦镇车辆有限公司（简称：浦镇公司）生产的25T型青藏客车从拉萨运行回到上海，进行入库干线绝缘检测时，发现DC600V干线线间绝缘电阻只有0.5～0.6 MΩ，不符合上述要求。经检查，是由于车体端墙处KC20DQ型连接器插座有大量了冷凝水，造成整车干线绝缘电阻值下降。

车端连接器的作用是连接车辆供电主干线，其绝缘性能关系到列车的干线绝缘，如果其绝缘性能达不到要求，存在安全隐患。本文针对青藏客车的冷凝水造成DC 600 V车端连接器绝缘性能下降的原因进行分析，并提出了对DC600V连接器进行的改进方案，制定现车安装改进型连接器以验证其提高绝缘性能的措施。同时提出对车体安装结构的改进方案。

1　原因分析

根据调研，青藏客车仅在每年的10月底至次年的4月底，才发生连接器绝缘不良的情况，主要是安装在端墙上的连接器冷凝水比较严重。

1.1连接器插座产生冷凝水的原因

物质遇冷凝结的现象，称为冷凝。空气中的水蒸气遇冷变成水，即为冷凝水。25 T型青藏客车与普通DC600V供电的25 G/T型客车相比，由于增加了制氧机，DC600V干线增加了一倍，因此在端墙上每侧各增加了一个KC20 DQ型车端连接器。

在夏季运行时，上海至拉萨区间，车外环境温度均在10℃以上，温差不大，不会形成冷凝水。同样的原因，因为插头对的内外环境温差不大，导体通电引起的温升也不足以产生冷凝水。进入秋季以后，列车运行时的车外环境温度差异大，端墙连接器后部的端墙夹层相对封闭，其空气温度基本保持在上海始发时的空气温度（18℃左右），运行至拉萨时，在拉萨至格尔木区间，夜间车外最低温度可达到-15℃。连接器极柱是传热性极好的铜导体，其温度很快随之下降。车体内外极大的温度差以及相对湿度，使连接器表面形成冷凝水。

在冬季，客车车厢内部电暖器工作，车厢内温度达到23℃。端部走廊温度较车厢内温度低，但也能达到16℃左右。无论列车运行在上海还是拉萨，都具备形成冷凝水的条件。

而安装在端梁上的连接器所处的空间为端梁上的线槽，线槽内空气温度随着列车运行基本与车外空气温度一致，所以产生冷凝水的情况较少。但由于制造厂工艺的不同，有的客车端梁处引上线管密封不良，使得端墙处冷凝水流到端梁连接器，以及车上的热空气通过引上线管扩散到端梁线槽，与外界空气产生热交换，形成了少量冷凝水。再加上车体端墙内外温差使车内木墙板和外端墙之间的空间形成的冷凝水，在客车运行过程中，振动会使冷凝水处于游离状态，产生飞溅，端墙结构又相对密封，无法通风，也不能及时把水排出，造成车体端墙处K C20D连接器背部空间内空气潮湿，冷凝水情况严重。

1.2冷凝水导致连接器绝缘不良的原因

青藏客车使用的DC 600 V连接器是青藏专用KC20DQ型连接器，与普通客车K C20D型连接器相比，已经做了如下改进：

（1）在极柱处绝缘凸台加高，增加了各极柱之间到的爬电距离。

（2）在接线柱处加装冷缩密封套管，冷缩管收缩将整个端子及螺柱冷缩保护，避免潮湿的空气与极柱直接接触产生冷凝水。

但在实际运用中，由于凸台内有橡胶件与极柱相配合，在有冷凝水的情况下，反而减小了连接器各极柱之间一级极柱与地（外壳）之间的爬电距离。使用的压缩量不大，冷缩管两端不能将连接器的极柱完全密封。一旦产生冷凝水，连接器的绝缘性能自然就下降了。

在调研中还发现，连接器前后两块绝缘板间的空腔内冷凝水严重。其原因是，端墙上产生的冷凝水流到连接器后端绝缘板处，以及绝缘板处产生的冷凝水，通过极柱与绝缘板间隙以及绝缘板与连接器外壳之间间隙进入到连接器内部，导致弹簧、极柱的绝缘护套均有冷凝水附着，造成绝缘不良。

2　改进方案

综上所述，要提高青藏车连接器现车绝缘性能，应从两个方面考虑：第一，改进连接器内部结构，使连接器的各相极柱完全隔离，使冷凝水对连接器绝缘性能的影响减到最小；第二，改善连接器安装环境，减少冷凝水的产生。

2.1连接器结构改进方案

为彻底解决青藏车冷凝水引起的车端连接器绝缘性能下降问题，2011年3月，浦镇公司与康尼公司合作，共同制定连接器解决方案，并由康尼公司试制产品，进行模拟试验，模拟试验结束后再装车进行验证。

2.1.1改进后连接器与原KC20DQ连接器区别

在KC20DQ连接器的基础上，对连接器进行进一步改进，根据上述原因分析，可知要使连接器绝缘性能提高，应使前后绝缘板之间尽量减少冷凝水的产生，各极柱之间完全隔绝密封。由于连接器插头基本不存在冷凝水问题，故连接器的结构改造仅针对连接器插座。

以下是改进连接器与原KC20DQ连接器的区别：

（1）在连接器前后绝缘板之间，取消衬套，增加密封套，密封套两侧与插座后片绝缘板上的凸台插合，与前后绝缘板凸台轴向压缩，理论压缩量1.5 mm，同时密封套与前后绝缘板凸台周向密封，确保密封可靠。

（2）改进后片绝缘板，加高凸台，凸台内不设橡胶件，增加接线柱间爬电距离（见图1）。

（3）更换冷缩管，冷缩管一端与后片绝缘板相连，另一端与电缆相连（见图2）。

这是一种新型的冷缩管，与原青藏车使用的冷缩管相比，其压缩比大，密封效果好。

2.1.2方案实施

（1）模拟试验

在试制改进型产品后，为验证其绝缘性能是否提高，在康尼公司试验室进行了模拟试验。

①试验目的

通过高低温试验箱模拟青藏铁路应用环境，在连接器有大量冷凝水的情况下，检测KC20DQ型连接器改进后和改进前各相之间及各相对地之间的介电强度及绝缘电阻，通过数据对比，验证改进后KC20DQ型连接器的电气性能提升（见图1，图2）。

图1　改进前后连接器内部结构

图2　使用新型冷缩管

②试验方法

将箱内温度模拟为列车外部环境温度，而试验室的室温，模拟车厢内部温度（基本为恒定值）。试验前将连接器插座安装在高低温试验箱箱门上（箱门为康尼公司为安装连接器插座特别订制）。连接器插头在试验箱内插人插座，给连接器通以额定电流（每相335 A），同时插座极柱处用加湿器局部增加湿度，加剧冷凝水产生，模拟车厢内冷凝水（此冷凝水比实际情况严重得多）。高低温试验箱温度设定为-45℃、-30℃、-15℃、0℃、15℃、25℃共6种温度。在每种温度情况下，连接器通电4 h后，断开电源，从箱门拆下连接器，用1 000 V兆欧表测量连接器插座各相极之间及相与地之间的绝缘电阻值，并进行相与相、相与地间的耐压检测（按照青藏车耐压标准：施加5 100 V、1 min，50 Hz无击穿或闪络现象，试验允许最大泄漏电流为0.75 mA。）同样的方法，对改进前连接器进行模拟试验，对两组连接器的检测结果进行对比，以验证改进后的连接器是否确实提高了绝缘性能。（见图3、图4）。

图3　连接器插座局部加湿

图4　改进前连接器插座局部加湿

③试验结果

通过检测后的数据发现，改进后连接器绝缘电阻值均到达800 MΩ以上，耐压检测全部合格。改进前的连接器绝缘电阻值在-45℃，-30℃试验后时，其中一相与外壳间绝缘电阻值为90 MΩ，在-15℃试验后，四相与外壳的绝缘电阻值均为400 MΩ。耐压检测时，须将泄露电流值调到1 m A，全部合格。

通过模拟试验数据对比证明，改进后连接器的绝缘性能比原有连接器确有提高。

（2）装车验证方案

在康尼公司完成了模拟试验后，我们于2011年10月下旬在上海车辆段进行了装车运行试验并跟踪了产品实际运用效果。

装车试验方法：选择一辆餐车及与之连挂的硬座车作为试验车辆，并仅在车辆一位侧换装改进后连接器插座，包括端墙及端梁连接器插座共8套，二位侧连接器不更换。跟踪车辆每运行一个往返（上海—拉萨，拉萨—上海），在上海车辆段进行车辆入库检测时，对安装了改进型KC20DQ插座的车辆进行单车绝缘检测，并做好数据记录，将试验车辆的一位侧干线绝缘电阻值及二位侧干线绝缘电阻值进行比较，验证改进后连接器实际运用中绝缘性能是否提高。

装车验证试验自2011年10月至2012年4月，在此期间，由于温差产生冷凝水的情况最为严重。如果每次检测的数据都符合要求，就验证了连接器内部结构改进方案的成功。

（3）装车验证实施及绝缘检测情况

2011年11月12日，浦镇公司及康尼公司员工在上海车辆段的支持下，将改进后连接器插座KC20DQZ安装到上海—拉萨青藏列车上，具体车号为893864（餐车），353705（硬座车），每辆车一位侧安装了4个改进后连接器插座。改造后的2辆车于2011年11月15日在上海—拉萨青藏列车上编组运行。

列车由上海出发到达拉萨再返回上海，一个往返需5天时间。浦镇公司售后人员在上海段进行车辆入库检测时，对试验车辆进行单车绝缘检测，并将数据如实记录。

在装车验证实施阶段，有康尼公司人员参与的绝缘检测共计6次，检测结果记录表见附件1（仅选用其中1次的记录）。

根据记录表结果分析，安装改进后连接器插座的一位侧干线与二位侧干线相比，绝缘值有较大提高。但是，比预期效果还有差距。特别是负极对地绝缘仍然不良。经过双方技术人员分析，认为通过连接器来测量车辆干线绝缘，车辆布线对绝缘值有较大影响。因此，有必要将插座与干线分离后进行测量。

2011年12月20日的检测结果显示，车辆入库时的一位侧（安装改进型插座）和二位侧的单车绝缘值（负极对地）分别为：0.9 MΩ和0.25 MΩ；在未对车体做任何干燥处理的情况下，将连接器插座后的接线端子断开（切断连接器与车体内的线路连接），后检测，改进后的连接器相极与相极、相极与外壳（地）的绝缘电阻全部大于4 000 MΩ（该改进型连接器已经在上海—拉萨线上运行了7个往返），而未改进连接器2极对外壳（地）的绝缘电阻只有0.45 MΩ。并且在2011年12月27日、2012年01月16日、2012年02月20日的检测时发现类似的结果，即连接器与干线相连时，干线负极对地绝缘值一位侧比二位侧略有提高；将连接器与干线断开后，一位侧连接器负极对地绝缘值远远大于二位侧。由此判断，连接器改进后，其自身的防冷凝水效果比较突出。

2.2车辆结构改进方案及实施效果

根据以上试验结果分析，要解决青藏车干线绝缘不良问题，除了对连接器进行改造外，还应采取其他措施改善连接器安装环境。

方案1：在插座后部加橡胶护套，减少冷热空气的交换，从而减少冷凝水产生。如图5。

方案2：用现有简易材料（发泡剂、塑料薄膜、密封胶）封堵车上两端部新钻的孔、连接器引上线穿线管、波纹底板与端墙间隙。如图6。

图5　加橡胶护套

图6　封堵车上间隙

2012年1月，方案1方案2均在车上进行了试验验证，试验结果显示，两种方案都较好的解决了连接器插座后部的冷凝水问题。经过比较，方案2在现有车改造更简单易行，因此，在2012年春节前，浦镇公司按方案2在上海车辆段全面实施改造，基本解决了上海车辆段青藏列车干线绝缘不良问题，并得到上海车辆段的认可。

2.3车体安装结构改进方案

如果连接器的安装空间位置相对独立，并与车厢内部有效隔离，连接器表面及内部温差减小，就不会产生冷凝水，或仅产生少量冷凝水，对连接器绝缘性能的影响较小。

对于新造车，可以加大加高连接器安装法兰，并在车厢内部采取隔离措施，用铁板将端墙外的安装法兰完全密封，车内电缆的引出可以使用电缆密封接头，使连接器插座处于一个相对独立密封的空间，车厢内的湿暖空气计入不到这个密封空间。连接器插座安装环境基本处于车厢外部，与室外温差很小，这样就可以减少冷凝水的产生，从而杜绝连接器插座的绝缘不良问题。如图7。

图7　车体安装结构改进方案

此方案青岛四方车辆研究所有限公司已经进行了模拟对比试验，取得了预期效果。见图8、图9。

图8　改进连接器端部安装结构图

图9　模拟车内侧结冰图示（模拟车内温度28℃，模拟车外温度-30℃）

此方案的缺陷是，车辆组装工艺是先将电缆在车内敷设，最后再将电缆与连接器插座连接。由于干线电缆线直径粗达φ21 mm，电缆在高度为120 mm的安装法兰内可调节的余量小，实际接线比较困难。

为此，考虑用一种带尾翼的橡胶密封垫板来代替密封钢板及电缆密封接头，由于橡胶材质的伸缩性，可以有效解决上述问题。

图10为康尼公司试制的带尾翼的橡胶密封垫板与改进后的连接器及高度120 mm安装法兰的安装实例，并且已经按照2.1.2的试验方法进行了模拟试验。试验结束后，安装法兰内没有冷凝水，连接器各极绝缘均到≥800 MΩ以上，耐压检测全部合格，达到了预期效果。

图10　安装实例

3　结束语

由于青藏车的特殊运用环境，冷凝水的产生不可避免。对DC600V车端连接器来说，冷凝水对其产生的影响至关重要。对连接器内部结构的改进方案，经过模拟试验验证了改进后连接器绝缘性能的提高。在此基础上，在上海车辆段进行了改进后连接器的试装运行，验证结果表明连接器本身结构的改进起到了有效防止冷凝水的效果。

在进行新造青藏客车的设计时，选用改进型防冷凝水连接器，同时增加安装法兰高度，并使用带尾翼的密封橡胶垫板，三管齐下，一定能够解决青藏客车由于冷凝水引起的干线绝缘问题。

［1］ TB/T 3063-2011.旅客列车DC600V供电系统技术要求及试验［S］.

［2］ GB/T 22023-2010.车端动力连接器［S］.

Analysis and Improvement Scheme of the Connector Insulation Decrease Caused by Condensation Water on the Qinghai-Tibet Railway

HU Xiaochun
（CSR Nanjing Puzhen Rolling Stock Co.，Ltd.Nanjing 210031 Jiangsu，China）

On the basis of practical investigation，the Qinghai-Tibet passenger cars because of condensed water generated result in connector insulation causes performance degradation are analyzed.An improvement scheme of the car terminal connector structure and the installation structure for vehicle body is proposed，and the car mounted improved connector is formulated in order to verify the measures of the insulation performance improvement，which basically solved the Qinghai Tibet passenger cars isolation problem caused by condensed water.The solution of trunk insulation for new passenger cars is put forward.

Qinghai-Tibet passenger cars；insulation performance；car terminal connector；condensed water；creepage distance

U279.3+3

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.22

1008-7842（2015）04-0094-05

8—）女，苗族，高级工程师（

2015-02-11）