接触网开关电动操作机构烧损原因及对策分析

郭海宾

摘 要 随着我国经济发展，电气接触网开关越来越受到重视。电气化铁路运营中，接触网开关是安全运行的薄弱部位，常常因各种原因造成绝缘子污闪放电，一般情况，隔离开关瞬时放电后能自动恢复绝缘，接触网跳闸后能再次送电成功，恢复正常运行。但某铁路局多次发生因开关绝缘子污闪放电，烧损电动开关操作机构及远动装置等设备设施的问题，造成电动开关无法远程操作，影响了列车运行。因此，需认真分析原因，制定相应防范措施。

关键词 绝缘子污闪放电;电气接触网开关;远动装置

引言

本文介绍了一起接触网隔离开关绝缘子污闪造成电动操作机构、远动控制箱等设备烧损的事故。为了分析烧损原因，笔者分析了绝缘子污闪过程和电弧特性，对污闪电弧稳态时段操作机构电位提升进行了计算，在此基础上对操作机构等设备进行分析，找到了烧损原因。接地电流引发操作机构电位发生较大抬升，造成操作机构箱内绝缘反向击穿是设备烧损的直接原因。笔者根据原因分析，针对性地提出防范措施，部分措施已经被采取，收到良好效果。

1故障分析

1.1 故障概况及相关设备信息

某变电所某供电臂断路器跳闸，电流速断保护动作，人员巡视发现，该接触网供电臂上支柱隔离开关绝缘子出现过严重放电现象，电动操作机构箱烧损严重，远动控制箱烧损严重。后续故障分析过程中，了解到向开关操作机构提供电源的供电装置（变压器低压开关）及变电所控制屏内远动控制光缆端头也被烧损。

1.2 隔离开关污闪分析

显然，隔离开关绝缘子污闪是操作机构烧损的源头性原因，对其进行分析既有利于找出防止污闪的措施，也有利于操作机构烧损分析。污闪发生过程大致如下：绝缘子表面的污秽受潮湿润后，污秽层中的盐分等高导电率溶质溶解，绝缘子的表面电阻大大降低，在电压作用下，流经绝缘子表面的泄漏电流显著增加，泄漏电流产生热量加热污秽层。污秽层沿绝缘子表面的分布是不均匀的，使绝缘子表面各部分的电流密度不一样，受热也是不均匀的。在电流密度大且污秽层较薄的地方，水分迅速蒸发，形成电阻较大的干燥区，它与电阻较小的湿润区串联，承担的电压降大大增加，当电场强度达到空气击穿（电离）场强时，干燥区就会发生局部电弧放电。由于局部电弧通道的电阻较低，故通道中的泄漏电流较大，局部放电通道端部附近的表面也迅速受热烘干，再进一步的发展就有两种可能性：一种是当污秽较轻或绝缘子的泄露距离（简称：爬距）较长，其余串联湿润部分的电阻还比较大，干燥区域扩大将使泄漏电流减小，当局部放电通道的长度增加到一定程度时，其承担的电压已不足以维持这样长的局部电弧放电，放电将熄灭;另一种是当污秽严重或绝缘子泄露距离较小时，其余湿润部分的电阻小一些，局部放电通道中的电流较大，通道中会产生热游离，则局部电弧将继续伸长，发展到沿整个绝缘表面，形成污闪。通过分析可知：加大绝缘子爬弧距离、提高绝缘子防污性能以及对绝缘子污物及时清理可以大大减少污闪发生，自然也就大大降低操作机构烧损的概率。

1.3 隔离开关操作机构箱电位抬高量计算

要精确计算隔离开关污闪全过程中电压、电流变化是非常复杂的事项，只要计算出电弧稳态时操作机构箱电势抬升的大约量，可满足分析需要。为接地阻抗和接地极上端（操作机构箱）电位。需特别注意的是，短路过程中，大电流通过接地极流入大地，接地极附近土壤出现击穿导电现象，相当于扩大了接地极的几何尺寸，使接地阻抗大大减小，并且呈现出非纯电阻性。所以，不能简单利用短路电流和接地极电阻相乘的方法来计算接地极上部电位。

1.4 机构箱烧损分析

接触网隔离开关污闪放电，电流沿隔离开关传动杆、接地线、接地极进入大地，造成接地极上部电位（也是隔离开关操作机构箱电位）抬升较大，隔离开关操作机构箱與内部控制线路、端子排、电气设备形成巨大电位差，而电缆线、端子排、电气设备额定耐压仅1000V左右，势必出现操作箱内线缆、端子排反向击穿放电，造成燃弧烧损;击穿后的控制电缆又将高电位带到远动控制箱内，烧损电源开关等设备;通过电源电缆，高电位又传到变压器低压开关，造成开关绝缘击穿烧损;通过远动控制光缆铠带，高压传到牵引变电所，光缆端头铠带对控制屏接地放电，引起燃弧烧损[1]。

2对策

2.1 提高隔离开关防污闪性能

开关绝缘子污闪是操作机构烧损的源头性原因，采取对隔离开关绝缘子加大爬弧距离、涂刷防污涂料、及时清理污物等措施，可有效降低开关绝缘子污闪发生的概率。

2.2 切断操作箱高电位的来源通道

将GW开关接地装置与操作机构箱进行绝缘隔离，不让开关箱出现高电势。采取措施：①隔离开关传动杆用绝缘材料或中间加绝缘;②操作箱与支柱绝缘安装;③隔离开关接地引下线采用绝缘电缆;④隔离开关接地极单独设置，距离操作机构箱接地极大于15m。

2.3 操作机构箱、远动控制箱内电源线、控制线装设浪涌保护器

装设浪涌保护器后，一旦操作箱、远动控制箱有高电位，浪涌保护器瞬时导通，使得电源线、控制线电压和操作机构箱等电位，不会出现反向击穿现象，不会造成设备烧损。

2.4 将操作机构箱接地、远动控制箱接地、变压器接地

采用绝缘电缆联通，实现等电位该措施起到水涨船高的效果，操作机构箱、远动控制箱、变压器开关箱电位协调一致，不会发生线缆、设备与箱体出现较高电位差的现象。

2.5 变电所控制光缆装设入户绝缘节

该措施防止光缆将高电位带到所内烧损室内设备的作用。

2.6 装设隔离变压器

变电所附近的隔离开关的操作电源一般来自变电所内交流屏，为防止将高电位带到所内，需在所内装设隔离变压器给外部开关操作箱供电[2]。

3结束语

阐述了一起接触网隔离开关操作机构烧损故障，分析了产生问题的原因，据此针对性地提出防范措施，部分措施已经被采取，并取得良好效果。文中分析成果对接触网运行管理和工程设计具有较好的实用价值。

参考文献

[1] 梁志豪.绝缘子污闪的形成机理及预防措施[J].广东电力，2013， 26（6）：87-92.

[2] 胡翔骏.电路分析（第3版）[M].北京：高等教育出版社.2016：29.