接触网腕臂绝缘子断裂的分析及对策

朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司　弋　岗

接触网腕臂绝缘子断裂的分析及对策

朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司弋岗

近年来，随着我国电气化铁路事业飞速发展，各大铁路干线不断地进行了电气化改造。电气化铁路列车重量大、惯性大，不可能在事故发生后立即停车。一旦腕臂绝缘子断裂发生后，接触网的破坏范围都比较大，损失比较严重，恢复供电所需时间较长，是属于接触网事故中破坏范围比较严重的，给铁路运输安全造成了严重影响，是电气化铁路面临的一个非常重要的问题。因此分析腕臂绝缘子断裂的原因并提出相应的防范措施对铁路运输安全生产有着重要的意义。

接触网；腕臂绝缘子断裂；防范措施

1.引言

电气化铁路列车重量大、惯性大，不可能在事故发生后立即停车。这样，一旦腕臂绝缘子断裂发生后，接触网的破坏范围都比较大，损失比较严重，恢复供电所需时间较长，是属于接触网事故中破坏范围比较严重的。

腕臂绝缘子断裂，直接后果就是弓网故障。忽略机车受电弓对接触线68.6±9.8N的压力抬升量，单以结构高度值考量腕臂绝缘子两个极限情况断裂时（绝缘子钢帽单耳处或上金属附件处发生断裂），脱落的绝缘腕臂（腕臂及腕臂绝缘子）或腕臂（仅指钢管）与机车受电弓的相对位置，脱落的绝缘腕臂或腕臂的长度大于结构高度值，其越过接触线与受电弓发生冲击，势必与受电弓发生冲击，弓网故障是直接后果。

腕臂绝缘子断裂，接触网设备损毁严重。腕臂绝缘子断裂故障的发生，机车司机不可能在故障第一时间采取降弓、停车措施；再则，腕臂绝缘子断裂致成的机车受电弓损坏，绝大多情况是致命的硬伤，往往是发生钻网、无法正常动作落顶的。所以，我们一般最保守的是按机车500m的紧急停车距离来大体估算受损受电弓对接触网的破坏范围的。严重失去工作状态的机车受电弓在继续走行500米的过程中会对接触网设备的支持装置、定位装置、接触悬挂造成极大的破坏，甚至拉断接触线，塌网。

腕臂绝缘子断裂，严重影响运输畅通。腕臂绝缘子断裂，脱落的接触网零部件（腕臂、定位管、定位器等）会对机车（车辆）放电，引起变电所跳闸，造成整个供电臂单行（上行或下行）中断供电，停止运输。在设备恢复上，对受电弓的破坏基本上是现场无法修复运行的；对于接触网设备的恢复来说，一则因为破坏范围长，其次因为损坏程度大，再则往往故障机车占用着线路（供电作业车无法进入故障现场），都给接触网设备的恢复形成了困难。

2.腕臂绝缘子断裂的原因分析

2.1接触线拉出值的问题

接触线拉出值不当，接触线脱弓，受电弓钻网，拉（憋）断或抽脱腕臂绝缘子。电气化铁路上，接触网通过受电弓向电力机车输送电能，电力机车沿接触线滑行取流。接触线与受电弓之间的可靠配合，是二者在高速摩擦运动中完成输电和受电任务，保证电力机车良好取流的重要条件。因此，有必要分析接触线拉出值原因的弓、网配合不当造成的腕臂绝缘子断裂的问题。弓、网配合，接触线拉出值---定位点处接触线距受电弓中心的距离（即，定位点处接触线对受电弓中心垂直投影线的垂线长度）是确保接触线与受电弓接触，不脱弓，并使受电弓均匀摩擦的主要技术条件。接触线拉出值问题的本质其实就是接触线的位置与受电弓接触板的有效匹配问题，以保证接触线拉出值的正常。

2.2定位器坡度的问题

防风支撑使定位管与支持装置纵方向上胶结为一个无活动余量的整体，在抑制风负载致定位管上下摆动的同时，却也一定程度的削弱了定位装置的弹性。定位器坡度过小，高速运行机车受电弓68.6±9.8N的压力在定位点处易形成硬点，通过防风支撑给三角结构固定的腕臂系统一个向上的冲击力，而拉断或憋断腕臂绝缘子。

2.3承力索座或定位器偏移超标问题

安装或检修不当，致承力索座或定位器朝锚结方向偏移超标。温度变化时，线索张力的原因，承力索和接触线带动本已超标偏移的承力索座和定位器发生进一步偏移（特别是锚结末端附近）。对这一个（承力索座或定位器）或两个（承力索座和定位器）进一步偏移的抑制，最终都是作用在腕臂绝缘子上的，当大于腕臂绝缘子的额定拉伸破坏负荷力时，拉断腕臂绝缘子。

2.4接触网设备卡滞的问题

发生坠砣丢失（接触线和承力索张力偏差增大），或补偿装置、定位装置、支持装置（特别是双绝缘腕臂结构的转换柱和中心柱的承力索座处）发生卡滞，某点承力索座或定位器不能随温度变化正常移动，在本已存在1.96线胀系数的情况下（GLCN-250线胀系数为16.9×10-6，LGJ-185线胀系数为18.86×10-6），接触线和承力索的偏移差量进一步扩大，憋断或拉断绝缘子。

2.5腕臂底座转动件光洁度的问题

在设计承受力范围内随承力索的张力顺线路方向自由转动是理想的腕臂系统工作状态。腕臂，通过腕臂绝缘子钢帽单耳与腕臂底座“一横一纵”两个销钉转动件连接。由此，腕臂底座转动件的光洁度是影响腕臂系统自由转动的一个重要因素。我们知道，接触悬挂重量对绝缘腕臂的压力（含外来力量，约为一跨距接触悬挂重量的1.5～2倍）最终均会传递到腕臂底座转动件（销钉及其接触面）上。转动件的摩擦阻力是决定接触悬挂重量发生于转动件产生力矩大小的关键因素。我们现用的腕臂底座转动件及腕臂绝缘子钢帽多为碳钢铸造、表面粗糙的，这给腕臂系统的自由转动形成了极大的阻力。当这个阻力归算到腕臂绝缘子的力（该力使腕臂绝缘子受弯）超过了腕臂绝缘子瓷体或钢体（特别是钢帽单耳）的实际抗弯破坏力时，就会发生腕臂绝缘子断裂。

2.6腕臂绝缘子的选择问题

正确选用腕臂绝缘子，使之钢帽单耳在腕臂底座横销钉上有充足的活动余量。腕臂绝缘子钢帽单耳有16±0.5mm和20±0.5mm两种制造厚度，而《电气化铁道接触网零部件》规定的腕臂底座的对应尺寸只有一个---18mm。因此，选择额定机械弯曲负荷16kN的腕臂绝缘子时，绝缘子钢帽单耳无法与腕臂底座匹配，更谈不上自由转动。

2.7腕臂绝缘子钢帽单耳的问题

腕臂绝缘子的制造工艺及结构特点，瓷体与钢体的胶合部位，特别是钢帽单耳是绝缘腕臂承力抗弯薄弱点。比照TB/T3199.1-2008《电气化铁路接触网用绝缘子》之试验方法（固定钢帽单耳，呈绝缘腕臂水平状），我们可以由材料力学理论，计算单绝缘腕臂工况最恶劣时加在腕臂顶端使腕臂绝缘子钢帽单耳根部断裂所需的负荷：

F=（δd×d×h2）/（6×L）

F—加在腕臂顶端使腕臂绝缘子钢帽单耳根部断裂所需的负荷，kN；

δb—腕臂绝缘子钢帽单耳所用钢材--- ZG310-570铸钢的抗拉强度， 570MPa；

d—腕臂绝缘子钢帽单耳根部的宽度，mm。这里取TB/ T3199.1-2008制造规定的腕臂绝缘子钢帽单耳的最大宽度---20.5mm；

h—腕臂绝缘子钢帽单耳根部的长度，mm。TB/T3199.1 -2008规定为60mm，测量实际数据多为100mm；

L—绝缘腕臂长度，mm。

公式表明，加在腕臂顶端使腕臂绝缘子钢帽单耳根部断裂所需的负荷F与钢体抗拉强度δb、单耳根部宽度b及单耳根部长度h成正比，与绝缘腕臂长L成反比。

这里，姑且以腕臂双耳安装位置算起，取最小绝缘腕臂L长2290mm，

F=（570×20.5×1002）/（6×2290）

F=2.345kN

实际测量试验同等条件下的负荷F要比2.345kN小，这是因为绝缘子钢体是铸造件，内部难免有缺陷（小的气孔、加渣、缩松等）等，所以实测值较低。

因此，就单绝缘腕臂而言，尽管腕臂绝缘子瓷体的抗弯破坏强度很大（4～16kN 。QBN2-25/8D型腕臂绝缘子的弯曲破坏负荷是8kN），但钢帽单耳的抗弯破坏强度却要小的多。

2.8腕臂绝缘子本身机械性能下降的问题

接触网本身的特点，绝缘子也不例外，在长期的室外裸露运行中，要经受风吹日晒以及雨、雪、雾和其他污染物的侵蚀，要经受污秽、鸟害、高湿、高寒、温差等环境因素的影响，要经受接触网本身的强电场、雷电冲击、工频电弧的作用。特别是腕臂绝缘子，还要承受接触悬挂及支持装置本身重量以及机车振动、导线舞动和腕臂绝缘子本身及其相关连接金属部件热胀冷缩致腕臂绝缘子的拉伸、压缩、弯曲、扭转等机械力。这些影响腕臂绝缘子性能维持的重要因素都会造成其机械性能下降。

3.预防腕臂绝缘子断裂的对策

腕臂绝缘子是电气化铁路接触网的重要构件，接触悬挂通过它对地绝缘，另一方面，腕臂绝缘子还要承受支持装置本身以及接触悬挂施加于其上的各种机械荷载。腕臂绝缘子断裂是个系统、复杂的问题，根据以上综合性的分析，针对性的制定对策、进行防范是非常必要的。

3.1加强接触网拉出值管理

（1）在变更线路超高时，一定要通知接触网人员，接触网人员根据变更后的超高值重新调整接触线拉出值并复核跨中接触线对受电弓中心的偏移值。

（2）工务部门在变更线路超高时，一定要同时调整轨距。

（3）供电部门应正确测量超高、导高和轨距值。

（4）尽管导高对弓网位置的影响很小，但力求拉出值尽可能准确的情况下，还是应该标准检修、标准测量（尽量采用激光测量仪，避免传统的测杆受风的影响或目测的偏差）。

（5）提高供电检修水平，加强接触网测试车的作用，确保接触线各部拉出值符合技术标准；

（6）对风口地段接触网设备采取防风措施，增强接触悬挂稳定性。对此，尽不相同，如加大补偿重量、采用限位定位器、安装V型拉线、加装防风支撑、建设挡风墙等等。

3.2强化接触网设备检修

（1）充分利用接触网测试车，提高检修水平，确保定位器坡度符合技术要求，消除定位硬点；

（2）采用限位定位器，但限位定位器工作原理的原因，安装或调整时必须确保其正常合理的抬升开口，以防止限位定位器本身造成定位硬点。

（3）加强设备巡视测量，防止承力索座或定位器偏移超标，严禁出现接触网设备卡滞现象。

（4）检修作业时，作业人员尽量避免或减少腕臂绝缘子承力薄弱部位的长时间负力集重。

3.3腕臂底座、绝缘子机械配合统筹一致

（1）采用新工艺、新设备，改善腕臂底座转动件及腕臂绝缘子钢帽单耳（耳孔）的光洁度，以减小腕臂系统转动的阻力，尤其要特别重视锚段末端支柱腕臂底座转动件的灵活性。

（2）腕臂底座的制造限制，选用销钉外径不得大于18mm。

（3）建议腕臂绝缘子行业标准制订单位和腕臂绝缘子生产单位在满足经济条件情况下，提高钢材标号，以提高“δd”值。腕臂绝缘子钢帽单耳根部宽度“d”因受前述腕臂底座“18mm”的限制，不便再考虑增大。

（4）将QBN2-25/8D改为QBN2-25/12D或更大型腕臂绝缘子，使腕臂绝缘子瓷体弯曲破坏负荷提高到12kN或更大。但，因为“腕臂绝缘子的选择问题”中腕臂底座“18mm”的限制，QBN2-25/16D型腕臂绝缘子是不适合使用的

3.4加强绝缘部件清扫

针对铁路本身就是一个接触网污染源的特点，要求最低限度的必须按规定的6～12个月对腕臂绝缘子进行组织清洗（铁运［2007］69号《接触网运行检修规程》之规定）。对重点地段，要视实际情况缩短规程周期。