电力机车污闪产生原因分析及预防措施

孟繁东

摘 要：由于在冬季，大雾天气在华北地区出现的频率很大，电力机车在铁路线上运行时，车顶受绝缘子、电弓和导线闪络现象在大雾天气时发生的可能性较大，这是一种强度巨大的光电声俱全，瞬间放电的现象，即在绝缘子表面上，电力机车车顶高压带电导体发生的击穿放电现象，华北地区冬季经常出现大雾天气，电力机车污闪会造成机车主断路器不能闭合，车顶接地停电，其危害性极大，严重影响了电力机车正常运用，给铁路运输安全带来了严重后果。该文首先通过对污闪产生的物理原因进行分析，其次对其化学原因进行深层次的分析，通过对车顶喷涂新型防污闪漆和加装受电弓换室不降弓设备等一些行之有效的措施来预防污闪事故的发生，对于污闪事故的预防及处理具有积极的意义。

关键词：电力机车 污闪 原因分析 预防措施

中图分类号：U269.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（b）-0104-02

华北地区冬季经常出现大霧天气，行驶在大雾天气下的电力机车因为空气的污染发生污闪造成电力机车主断路器不能闭合，车顶接地停电，不能自行恢复，严重影响了电力机车正常运用，扰乱了正常的铁路运输秩序，给铁路运输安全带来了严重隐患。论文中我们针对此类问题通过对北京机务段客运电力机车车顶喷涂新型防污闪漆和加装受电弓换室不降弓设备等一些行之有效的措施来预防污闪，大大降低了污闪事故的发生。

1 “污闪”问题的提出

在冬季的华北地区，大雾天气屡见不鲜，电力机车在铁路线上行驶时，车顶受绝缘子、电弓和导线闪络现象在大雾天气时发生的可能性较大，产生一种强度巨大的光电声俱全，瞬间放电的现象。经过大范围的大雾地段行驶后，电力机车后，5～20 mm厚的霜状冰经常会在车顶受电弓、绝缘子等设备的迎风面产生。停车后，由于机车内部和司机室热空气上升，导致车顶温度升高，绝缘子表面霜状冰慢慢变成小水珠，漏泄电流随着小水珠的不断变大逐渐增大，漏电产生的热度将进一步融化霜状冰，从而使漏泄的电流不断增大。这种情况下，一旦达到某一个临界点，高压电对车顶的高强度放电现象就会在瞬间发生，即“污闪”。研究发现，“污闪”通常是机车在冬季大雾天行驶后停车和再次开车后10 km/h以下的速度行驶时发生。“污闪”会造成主断不能闭合，机车停电，影响正常行车，扰乱正常铁路机车运输的秩序，给铁路运输安全带来严重隐患。

2 “污闪”主要原因分析

2.1 绝缘瓷瓶受污染

按导电性能，物质可分为导体、绝缘体、半导体三类。作为绝缘体，电瓷瓶把车体和受电弓分隔开，即把两个导体分开，达到机车受电的目的，通常把瓷瓶的外形设计成伞状，使雨雪不易落到瓷瓶里面，防止瓷瓶在雨雪天受影响，使其保持良好的绝缘性能。但受到风的吹动，低空大气中的杂质仍能进入到伞状电瓷瓶的里面，长期污染瓷瓶就会变脏。这时若有浓雾存在，瓷瓶的污染随着雾的凝结会加重，瓷瓶绝缘性能变差，在高压输电网络会产生短路放电，发生主断跳闸或瓷瓶放炮。

2.2 瓷瓶表面大量粘附过冷水滴

由于低层大气中凝结了很多浮游的冰晶或水滴，从而形成雾，按雾滴的状态来划分，还可分为冰晶雾、水滴雾、过冷水滴雾。冰晶雾是在较低气温通常是在-10℃以下形成的，由于是固体雾，碰到瓷瓶不容易保留水滴；水滴雾是在0℃以上形成的，水滴碰到瓷瓶后蒸发流走，不易大量保留。以上两种状态的雾对瓷瓶的绝缘性能影响较小。

过冷水滴雾多于0℃～10℃时出现，遇到瓷瓶后会变成冰水混合物吸附在瓷瓶上。加上大气污染越加严重，使得空气中的各种盐、氨、苯、酸、碱、灰尘、重金属微粒等污染物逐渐增多，这些污染物粘附到绝缘瓷瓶上，便形成污秽集合物，时间久了，就像给受电弓和瓷瓶套上了一件“尘衣”，当雾的浓度非常大，只有几十米的水平能见度时，瓷瓶和车顶受电弓上粘附了大量的过冷水滴后，污秽物中的可溶性电解质就被溶解，此时在高电压的作用下，泄露电流将显著变大，瓷瓶的绝缘性能急剧下降，电网发生短路放电，情况严重时则会造成“污闪”停电灾害。

冬季是大气污染严重的季节，大气污染的严重以及过冷水滴的生成，是导致北方冬春季节电力机车“污闪”灾害多发的原因。

3 防止电力机车污闪灾害的措施

产生污闪灾害的重要原因是大气污染，因此提高机车车顶的抗污能力和加强环境治理是防止污闪的重要举措。

3.1 环境治理

要做到预防污闪事故的发生，首先必须落实《全国电力系统高电压专业工作网监测》文件，绘制污秽区分布图并做好地区范围内污秽登记的监测工作，同时对现有的设备实行外绝缘的爬距调整。对靠近铁路线路、车站的大型污染企业，铁路部门联合地方环境保护部门进行核查，不达标排放的企业环保部门对其下达整改通知书，进一步提高环境质量，使污闪得到有效的控制。

3.2 每年秋季机车车顶喷涂硫化硅橡胶（Room Temperature Silicone Rubber）简称RTV防污闪涂料防止污闪

3.2.1 RTV涂料包含的主要成分

该涂料由5个部分组成：树脂，包括人造树脂、天然树脂，是主要成膜物质的一部分；稀料，包括稀释剂和溶剂，为辅助成膜物质；颜料，包括体质颜料、着色颜料、防锈颜料，品种很多，为次要成膜物质；油料，包括半干性油和干性油，主要成膜物质之一；辅料，包括固化剂、催干剂、防潮剂、增塑剂，也是辅助成膜物质。

3.2.2 RTV防污闪涂料的防污原理

RTV长效防污闪涂料以端羟基聚二甲基硅氧烷为基胶，脱醇型氨基烷氧基硅烷交联剂为交联体系，配以增粘剂、硫化促进剂、稳定剂、缩合催化剂、特种溶剂等，变成单组分无填料长效防污闪涂料。使用时，涂覆在电瓷表面后，交联体系在空气中的水分水解下，其中极易水解的官能团变成硅醇，端羟基聚二甲基硅氧烷在催化剂作用下缩聚固化，在电瓷表面形成一层弹性硅橡胶薄膜，这一固化过程对湿度、环境温度无严格要求。由于RTV是由聚二甲基硅氧烷缩聚而成的，所以基本结构是立体网状硅氧键，包括大量的游离状态的有机硅低聚物、大量的小分子基团和小分子基团。这些小分子基团和低聚物是憎水性的，它们与涂料表面水分子之间产生的作用力小于水分子本身的内聚力，水份在RTV表面呈现为单个水珠，未形成连续的水膜——此为憎水性；当RTV表面积累污秽后，RTV的游离态憎水性基团向污层扩散，在污秽表面也形成憎水性-憎水迁移特性；当RTV涂层受到长期浸泡或雨水冲刷时，涂层的憎水性暂时减弱或者消失，自然晾干放置一段时间后，RTV内部憎水性基团又向外逐步扩散，其表面憎水性又逐渐恢复-憎水性复性。RTV涂层表面起憎水性作用的憎水基团小于RTV涂层全部憎水基团在数量，因此，RTV憎水性寿命是很长的。

RTV涂料具有憎水性和憎水迁移性和一定的憎油性及较好的不粘性。气候条件恶劣时，在潮湿脏污绝缘子的表面会出现连续的水膜，从而发生闪络。当涂上具有憎水迁移性的RTV涂料时，涂层表面将只存在单个的小水珠，而不会被连片浸润，电力设备的抗污闪性能将得到极大的提升。

3.2.3 RTV防污闪涂料的防污特性

RTV的这种性能是由其分子结构所决定的，在RTV图层内部除了含有大量呈游离态憎水基团外还含有大量的负极性的改性分子基团。这些分子基团也是具有憎水性的，所以水分在RTV表面以单个水滴的状态存在，不会形成连片水膜。一方面，RTV表面不容易形成积灰；另一方面，当RTV表面自然积污后，受密度梯度的控制，游离态憎水基团会向污层扩散发生憎水性迁移现象，使污层表面也具有憎水性。当污层受风吹、雨刷的影响自然脱落时，迁移到污层中的憎水基团也随之丢失，随着再被污染迁移也随着发生，周而复始涂层表面始终保持良好 的憎水性，即使是污层表面也始终保持良好的憎水性，当RTV涂层长时间受到雨水冲刷或浸泡时，表面的憎水基团逐渐流失，涂层憎水性减弱甚至消失。放置一段时间自然晾干后，由于RTV内部憎水性基团的扩散作用，RTV表面的憎水性又逐渐恢复。

卓越的耐腐蚀性能：RTV涂层具有优异的耐化学品腐蚀和电化学腐蚀性能，抗酸、碱、盐和绝大多数有机物。能适应多种恶劣的气候环境和腐蚀介质环境。独特的表面性能，具有极佳的电气绝缘性能。独特的不粘污性能，抗灰尘附着，一般的灰尘可通过雨水自动冲刷干净，局部粘上顽渍，只需用抹布擦拭即可恢复清洁表面。优良的物理机械性能，涂层具有极佳的物理机械性能：高附着力、高硬度、高柔韧性、高耐磨、耐冲击。附着良好，施工方便。柔韧性和硬度的完美结合的表面，经得起磨損、碰撞，耐冲击。耐热抗寒性能，经得起严寒和酷暑的考验在-40℃～140℃温度范围内可正常使用，不掉皮、不起皱、不脱落、不开裂。

北京机务段电力机车2013年、2014年秋季通过对电力机车车顶喷涂RTV防污闪涂料，在冬春季节虽然有大雾天气，但是电力机车污闪事故发生的概率大大降低了，说明我们的措施是行之有效的。

3.3 一些污闪的发生都是在车站停车后，由于机车要换挂，机车乘务员要降下受电弓，换端操作时发生污闪，造成机车停电，主断不能闭合，不能正常行车，因此我北京机务段各型电力机车加装CTGBC型防雾闪弓保持装置保证司机在换室操作情况下受电弓换端不降弓来预防污闪的发生

（1）CTGBC型防雾闪弓保持装置的工作原理。

CTGBC型防雾闪弓保持装置是铁路机车专用受电弓保持控制装置。硬件基础采用了ATMEL公司高速微处理器系统，研制成适合110V直流电源的电力机车专用输入输出控制系统，用现代电子器件和微机控制技术构成的无触点控制电路实现弓保持逻辑控制功能，用软件实现控制电路逻辑关系，而且具有较强的通用性。防雾闪弓保持装置的设计采用通用、模块化设计方式，符合GBT 25119-2010《轨道交通机车车辆电子装置》标准的要求。防雾闪弓保持装置采用完全独立的双冗余设计，并配置了手动转换开关，在装置一组出现故障情况下，可通过人为切换至另一组工作。装置运行的可靠性能得到提升，也保证了整个机车控制系统的安全性。

该装置主要由电源板、控制板、显示板、指示灯、蜂鸣器、自恢复按钮、转换开关和机械结构件组成。司机在任一端操作人员升起受电弓，如果需要进行换端操作，司机将所在端的辅机停止工作、分主断、手柄回零，按下本装置的弓保持按钮，受电弓板键开关归位，拔出司机电钥匙，进行换端操作，在这个操作流程中，本装置可以使一开始升起的受电弓在5 min之内不降下，同时输出报警信号（警告操作人员不要接触高压设备，以防受伤），指示灯提示（提示操作人员升的是那端受电弓，操作人员根据指示灯提示，在另一端升起正确的受电弓）、控制气路阀（锁住门联锁，防止操作人员进入高压柜内，确保人身安全），司机进入另一端司机室插入电钥匙，开启电钥匙，闭合主断路器，按下本装置的弓保持按钮，换端完成。这样可保证受电弓在换室操作时，司机不用降弓操作，减少了污闪事故的发生。

（2）防雾闪弓保持装置使用注意事项。

①在有任一CTGBC型防雾闪弓保持装置电源开关打开以后，禁止拔插装置连接插头。

②严禁在机车进行换端操作试验的情况下，断开防雾闪弓保持装置插座的连接。

③严禁在机车进行换端操作试验的情况下，关断CTGBC型防雾闪弓保持装置的转换开关。

④严禁在带电，特别是机车正常运行情况下，插拔和更换CTGBC型防雾闪弓保持装置工作组别的插件。

⑤严禁对正常运行情况下的CTGBC型防雾闪弓保持装置进行较大力度的敲击和碰撞。

⑥严禁在超过湿度要求的环境，运行CTGBC型防雾闪弓保持装置。

4 结语

通过对北京机务段156台运用电力机车车顶喷涂RTV防污闪涂料和加装CTGBC型防雾闪弓保持装置，使电力机车在冬春季发生污闪事故大大降低，从2013—2014年度的18件下降到2014—2015年度的3件。说明电力机车车顶喷涂RTV防污闪涂料和加装CTGBC型防雾闪弓保持装置有效的预防了污闪事故的发生。

参考文献

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