接触网电分段电压差产生电弧现象的研究分析

【摘 要】近年来电气化铁路多次发生机车通过接触网电分段时产生电弧现象，烧伤承力索、接触线，甚至造成接触网断线事故，对电气化铁路安全运营造成一定影响。论文通过对接触网电分段产生电弧现象原理进行讨论，分析电压差产生电弧的原因，并提出一些改进措施。

【Abstract】In recent years， the arc phenomenon occurred many times when the train passing the overhead line system electric sectioning in electrified railways， it burns the bearing cable and contact lines， even causes the catenary failure， causes certain influence for the safe operation of electrified railway. Based on the analysis of principle of arc phenomenon in catenary electric sectioning， paper analyzes the reasons of arc phenomenon， and puts forward some improvments.

【关键词】接触网；电分段；电弧

【Keywords】overhead line system ； electric sectioning； arc

【中图分类号】U225 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0158-02

1 引言

随着国内铁路快速发展，电气化接触网系统在铁路运输中起到的作用日趋明显。在电气化铁路中，为了实现同相电气隔离，机车受电弓能够顺利通过，在较大站场设置接触网电分段。通过近几年机车通过电分段发生的故障来看，接触网电分段作为关键设备，经常会出现电弧现象，会烧伤接触网线索，甚至出现接触网断线事故，同时对接触网作业产生安全隐患。因此本文通过对电分段产生电弧原理进行讨论，分析电压差产生电弧的原因，并提出一些改进措施。

2 接触网电分段

接触网电分段主要是用于同相电在不同馈线之间产生电气隔离的设备。在供电设备复杂区段，划清不同供电单元，做到灵活供电。遇到设备检修或应急抢修时，可以缩小停电范围。接触网电分段从设计角度来说可以分为器件式电分段和绝缘锚段关节式电分段（本文主要讨论隔离开关在分位情况）。

2.1 器件式电分段

器件式电分段一般使用分段绝缘器，一般安装在上下行分段、站场供电、机务整备和车务装卸等处所，绝缘性能良好，具有灵活供电的作用，减少接触网天窗检修对运输的影响。部分分段两端电压差可达上千伏，可产生几百安的电弧，多数绝缘分段器在电弧的烧灼下，材质迅速老化，机械性能和电气性能下降，对设备安全运行和人员检修作业带来隐患。

2.2 绝缘锚段关节式电分段

绝缘锚段关节式电分段主要是利用关节两侧接触网悬挂结构之间空气绝缘间隙起电分段作用，同时设置常开隔离开关，一般在车站、较大站场两侧设置安装绝缘锚段关节，其绝缘性能通过空气绝缘间隙来满足35kV电压等级。绝缘锚段关节式电分段参数出现超标或其他因素影响容易产生接触网故障。如2017年XX局XX联络线发生接触网断线事故，其具体故障地点就在绝缘锚段关节式电分段处。

3 接触网电分段产生电弧的分析

3.1 器件式分段产生电弧分析

①外部环境影响。铁路沿线附近存在污染源，尤其是粉尘污染。长时间分段绝缘器绝缘部分会附着污秽，在阴雨潮湿的环境中会大大降低绝缘部分闪络电压。当一侧馈线停电时，另一侧带电部分形成的电压差使薄弱的绝缘部分导通，使主绝缘烧损。②接触网结构设计影响。分段绝缘器两侧距变电所馈出线的距离不同，产生的阻抗相应也不同，加之两侧牵引负载也不同，运行中的分段絕缘器两端本身存在数百或数千伏的电压差。机车受电弓在正常经过分段绝缘器时，受电弓滑板会同时导通分段两侧滑道。当负荷电流由一侧转换到另一侧时，相当于电路的打开，再次闭合的过程。假如该分段绝缘器两端电压相等，受电弓平滑通过，若该分段绝缘器两端存在电压差，机车带负荷通过时，则会产生程度不同的电弧。③接触电阻的影响。分段绝缘器在接头线夹、导流转换部分容易出现硬点，造成过渡不平稳，受电弓在经过接头线夹时可能产生一定的冲击，致使受电弓瞬间分离分段绝缘器滑道，分离过程中有空气间隙致使接触电阻增大，机车牵引负荷电流不能切断时，会使局部温度升高，产生电弧。

受电弓滑板日常运行中产生一定的磨耗，几何尺寸方面不能和分段绝缘器滑道紧密接触，如果出现虚接的情况下，接触网局部电阻会明显变大，从而产生电弧。

3.2 绝缘锚段关节电分段产生电弧分析

①接触网结构设计影响。绝缘锚段关节两支接触悬挂所在馈线上网点与绝缘锚段关节间的距离不同，甚至相差较大。同时两侧电力机车行车密度不同，致使两支接触悬挂存在较大电位差，电力机车通过时产生电弧。机车若处于上坡道提速取流工况下，受电弓在两条馈线过渡转换处，连通两侧不平衡负荷，造成绝缘锚段关节断口处持续燃弧并烧伤接触线。②绝缘锚段关节特殊位置影响。当绝缘锚段关节电分段距离调车信号较近时，调车信号开放之后，电力机车启动并进入绝缘锚段内，此时机车行驶速度很慢，会造成强烈拉弧，烧伤接触网线索。另一方面机车司机容易将机车错误停在绝缘锚段关节内，受电弓与工作支接触良好，但与非工作支接触不良，两者有电压差ΔU，会产生拉弧，对接触网线索造成损坏。

3.3 接触网电分段产生电位差原理分析

从以上器件式电分段和绝缘锚段关节式电分段产生电弧的分析，可以发现主要原因还是接触网电分段处存在电位差。现对电力机车运行经过接触网电分段情况进行简化分析。接触网电分段两侧馈线l1和l2長度不一样，相应接触网阻抗Z1和Z2也不一样。A、B两端机车密度不同，牵引负荷也不一样。AB端电压差ΔU=Z1I1-Z2I2，从式中得出：①电分段两侧供电臂长度不同，对应的阻抗不同。②取流地点不同会影响电压差。③供电臂车辆密度不同引起电流不同，相应引起电压差。

4 防范措施

针对接触网电分段电压差引起电弧对接触网线索的损害，我们需从源头设计和日常检查方面制定一些防范措施，设备隐患及早发现，及早处理，减少对运输产生的影响。

4.1 加强分段绝缘器绝缘清扫

根据分段绝缘器运行环境、投入使用时间长短等因素，实行差异化检修周期，重污染区段要重点关注，根据现场情况缩短清扫周期。在恶劣天气下安排班组加强巡视和清扫作业，防止主绝缘脏污发生闪络或击穿故障。

4.2 从接触网设计源头卡控

一是接触网设计中合理设置两条馈线长度，不能相差过大；二是合理安排两条馈线内的机车数量，取流负荷不能相差太大；三是接触网设计中，合理设置信号机与电分段之间的距离，防止电力机车意外停在接触网绝缘锚段关节电分段内；四是对绝缘锚段关节电分段所处位置的坡度合理设置，不能设置过大。

4.3 对接触网电分段加强日常巡视检查

利用添乘、线下巡视和天窗检查等方式对管内接触网电分段进行巡视检查，巡视检查重点：①对绝缘锚段关节电分段（隔离开关在分位）且接触网由不同馈线供电的处所进行统计，并分别对绝缘锚段关节两侧馈线供电范围内的接触悬挂长度进行统计，并建立台账。②对关节处所线路坡度进行现场核对。③测量绝缘锚段关节接触悬挂参数。④夜间观察电力机车通过电分段（隔离开关在分位）时是否有拉弧现象。⑤各车间安排人员添乘电力机车，并记录电力机车仪表盘上通过绝缘锚段关节（隔离开关在分位）前后的网压。⑥定期对绝缘锚段电分段进行检查维护，对绝缘锚段关节两转换柱间承力索和接触线进行检查，是否有烧伤痕迹，对有烧伤较严重的处所进行局部补强或更换，也可在承力索安装保护条防止烧伤。

4.4 电力机车行驶条件限制

在设备既有条件下，电力机车在通过电分段时要保持一定的速度，防止长时间的拉弧对承力索和接触线的伤害。另一方面在机车停车位置选择方面不能让电力机车在绝缘锚段关节电分段内部停车。

5 结语

接触网电分段在牵引供电中有具有一定的灵活性和重要性，利用接触网电分段缩短停电范围，减少接触网检修对运输造成的影响。接触网电分段处往往由于各种原因引起电气烧伤问题，甚至出现断线故障。烧伤问题在前期也很难被发现，安全隐患较大，因此接触网运营单位对电分段的安装和运营提出更高的要求。本文通过对电分段的介绍，对电分段产生电弧的原因进行分析，得出电分段电压差是产生电弧的主要原因，并提出一些改进措施。将设备机械与电气特性相结合，对铁路供电设备安全运行有很重要的意义。

【参考文献】

【1】TG/GD115-2017 接触网安全工作规则[S].

【2】吉鹏宵，张桂林.电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2007.

【3】中国铁路总公司.接触网运行维修规则[Z].北京：中国铁道出版社，2015.

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