1、北北 京京 交交 通通 大大 學學畢畢 業業 設設 計計 （論文）（論文）題目：題目：電力機車車頂絕緣子耐污情況分析姓名姓名 ： 武曉天 專業專業： 鐵道機車車輛工作單位：工作單位： 吉林鐵道職業技術學院 職職 務務： 學 生 準考證號：準考證號： 291712101091 聯系電話：聯系電話：設計設計( (論文論文) )指導教師：指導教師： 宋年武 發題日期：2013 年 6 月 1 日完成日期：2013 年 6 月 30 日畢畢 業業 設設 計（論文）評計（論文）評 議議 意意 見見 書書專 業鐵道機車車輛姓 名武曉天題 目電力機車車頂絕緣子耐污情況分析指導教師評

2、閱意見成績評定： 指導教師：年 月 日答辯組意見答辯組負責人：年 月 日備注畢業設計（論文）任務書畢業設計（論文）任務書畢業設計（論文）題目：高速客運專線機車運用工作研討一、 畢業設計論文內容本文主要介紹了我國鐵路跨越是發展下，隨著六次大提速，高速客運專線應運而生，針對于目前我國客運專線的建設和發展，結合國外先件技術，圍繞客運專線動車組的運用效率的提高，對動車組的運用、檢修、編制運行計劃等方面進行了探討。 二、 基本要求了解我國鐵路的六次大提速，知道目前我國現有的、已建的和正在規劃建設的客運專線，我國客運專線的技術標準，熟悉我國客運專線現行動車組類型。總體掌握客運專線的動車組運用及檢修方式，從

3、動車組運用方案、編制計劃及檢修設備的配置情況等方面。格式上符合工科論文的格式，能從總體上把握論文的主題，不偏題，不跑題，論據充分。三、 重點研究問題 （一）客運專線概述 （二）客運專線動車組類型介紹（三）動車組的運用與維修方式（四）動車組運用檢修設施設置要求（五）客運專線運輸安全保障四、 主要技術指標（1）運用與整備、維修一體化思想（2）本線列車運行時速 300km，跨線列車運時速200km。（3）多目標多約束的 TSP ( Traveling SalesmanProblem)的應用（4）動車段、所集中檢修、分散存放，動車組運用設施設置 300 米以上為間隔設置 五、 其他需要說明的問題由于某

4、些技術發展不完善和條件的限制等原因，文章可能對某些觀點的闡述不準確，也可能因為作者水平的原因，對某些觀點的闡述可能有錯誤。望給予批評指正。 下達任務日期： 2013 年 6 月 1 日 要求完成日期： 2013 年 6 月 30 日 指 導 教 師： 武曉天 開題報告我國電網正處于快速、健康、持續發展的新時期。以三峽電網為中心，電網互聯，形成全國統一大電網的局面將很快形成。截至 2003 年底，我國 66 kV 及以上的輸電線路總長度約為 38.6 萬 km。其中 110 kV(包括 66 kV)輸電線路長度為 19.4 萬 km，220 kV 輸電線路為 13.6 萬 km，330 kV輸電

5、線路為 1.3 萬 km，500 kV 輸電線路為 3.9 萬 km，500 kV 直流輸電線路為 0.35 萬 km。投入運行的絕緣子總數約為 5700 萬片。所以綜合分析3 種類型絕緣子的運行性能及特點，研討絕緣子在運行中出現的問題及解決措施，對于提高線路的運行可靠性，是很有必要的。摘要絕緣子的外絕緣電氣指標主要有:標準雷電沖擊耐受電壓,工頻干耐受電壓,工頻濕耐受電壓,工頻污耐受電壓。本文著重分析與討論了絕緣子耐污染的情況。 通過對此課題的學習和設計，使學生能更好的理解電力機車電氣原理及故障處理方法，掌握電力機車實際運用中的基本專業技能。培養學生運用所學的基礎知識和專業知識的能力，提高學生

6、利用所學基本理論和自身具備的技能來綜合分析解決本專業相應問題的能力，使學生樹立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序和方法，完成電氣工程技術人員必須具備的基本能力的培養和訓練。關鍵詞：關鍵詞：電力機車 車頂絕緣子 閃絡 解決措施目目 錄錄引引 言言.- 1 -1 1 絕緣子絕緣子.- 2 -1.1 絕緣子結構及特點 .- 2 -1.2 絕緣子運行實踐中的突出問題 .- 3 -1.3 絕緣子運行故障及事故評價 .- 6 -2 2車頂絕緣子閃絡原因分析車頂絕緣子閃絡原因分析.- 7 -3 3 已采取的措施及效果分析已采取的措施及效果分析.- 10 -3.1 設備改造方面采取的措施：.- 10 -3

7、.2 管理制度方面采取的措施：.- 11 -4 4 硅膠復合絕緣子硅膠復合絕緣子.- 13 -41 復合絕緣子外絕緣憎水性機理.- 13 -42 機械性能研究 .- 14 -43 老化性能研究.- 14 -44 運動性能 .- 15 -45 有機復合絕緣子的應用與應用效果研究 .- 16 -4.6 硅橡膠復合絕緣子作用及特點 .- 17 -5 5 絕緣子運用效果與存在的問題分析絕緣子運用效果與存在的問題分析.- 19 -51 常規絕緣子與新型絕緣子效果上的比較.- 19 -52 新型絕緣子存在的問題.- 19 -結結 論論.- 22 -致致 謝謝.- 23 -參考文獻參考文獻.- 24 - 1

8、 -引 言南京東機務段現有 HXD3 型和 SS4G 型兩種機型的電力機車。各型電力機車車頂絕緣子絕緣可靠性不足問題,一直困繞著電力機車的運行管理部門,部分環境污染嚴重的地區這個問題尤顯突出。隨著繁忙干線的電氣化及客運的快速化,電力機車車頂絕緣子閃絡事故造成的損失及社會影響也越來越大。為滿足我國鐵路向高速、安全、快捷方向發展的要求，保證電力機車在各種氣候和工況下安全運行，必需研究制作出機械強度高，絕緣性能好，抗低溫，耐污閃并抗覆冰閃絡的新型絕緣子，解決絕緣子因污穢、凝露、覆冰等因素造成的爬電及炸裂的問題，從而有效減少機車的機破、臨修事故，降低應用部門的維修費用以及減輕操作人員的勞動強度。本文將

9、針對電力機車車頂絕緣子運行故障率偏高情況，研究我國絕緣子的開發與應用情況，指出其在高可靠性的運用要求方面的不足，并分析產生這些問題的根本原因，對目前還不能解決的問題提出解決的措施和想法。- 2 - 1 絕緣子在輸電線路上采用的絕緣子按結構形式分有盤型懸式和棒型懸式二大類，而按電介質材料分類，有瓷、玻璃、有機合成絕緣子 3 種類型。在長期的運行中，絕緣子會受到雷擊、污穢、鳥害、冰雪、高濕、溫差等環境因素的影響，在電氣上要承受強電場、雷電沖擊電流、工頻電弧電流的作用，在機械上要承受長期工作荷載、綜合荷載、導線舞動等機械力的作用。1.11.1 絕緣子結構及特點絕緣子結構及特點盤形懸式瓷絕緣子盤形懸式

10、瓷絕緣子的電瓷是由石英砂、黏土和長石等原料，經球磨、制漿、煉泥、成形、上釉、燒結而成的瓷件，與鋼帽、鋼腳經高標號水泥膠裝成為帽腳式盤形懸式瓷絕緣子。鋼帽和鋼腳承受機械拉力，瓷件主要承受壓力，瓷件的頸部較薄，也是電場強度集中的區域。當瓷件的頸部存有微氣孔等缺陷，或在運行中出現裂紋時，有可能將瓷件擊穿，出現零值絕緣子，因此這種類別的絕緣子為可擊穿型絕緣子。盤形懸式鋼化玻璃絕緣子 玻璃件與鋼帽、鋼腳經高標號水泥膠裝成為帽腳式盤形懸式鋼化玻璃絕緣子。其結構、外形與瓷絕緣子十分接近，當運行中的玻璃件受到長期的機械力和電場的綜合作用而導致玻璃件劣變時，鋼化玻璃體的傘盤會破碎，即出現“自爆” 。鋼化玻璃絕緣

11、子最顯著的特點是，當鋼化玻璃絕緣子出現劣質絕緣子時它會自爆，因而免去了絕緣子須逐個檢測的繁雜程序。棒懸式復合絕緣子- 3 - 有機復合絕緣子的硅橡膠傘盤為高分子聚合物，芯棒為引拔成型的玻璃纖維增強型環氧樹脂棒，制造成型的棒懸式有機復合絕緣子是由硅橡膠傘裙附著在芯棒外層與端部金具連接成一體，兩端金具與芯棒承受機械拉力。就目前情況來看，芯棒與端部金具的連接方式主要有外楔式、內楔式、內外楔結合式、芯棒羅紋膠裝式和壓接式。復合絕緣子由于硅橡膠傘盤的高分子聚合物所特有的憎水性和憎水遷移性使得復合絕緣子具有優良的防污閃性能。另外，由于其制造裝備和制造工藝相對簡單，復合絕緣子產品質量較輕，因而頗受使用部門的

12、歡迎。長棒型瓷絕緣子長棒型瓷絕緣子為實心瓷體，采用高鋁配方的 C-120 等高強度瓷，因而其機電性能優良。燒制成的瓷材，除了有較高的電氣性能之外，機械性能有了大幅的提高。長棒型瓷絕緣子僅在瓷體兩端才有金具，幾乎不含有任何內部結應力，因而其機電應力被分離。它的結構特點改變了傳統的瓷件受壓為抗拉，使得金具數大為減少，輸電損耗降低，也降低了對無線電和電視廣播的干擾。其外形可使自潔性能提高，不僅在單位距離內比盤形絕緣子爬電距離增加 1.11.3 倍，同時可有效利用爬電距離，其最大特點是屬不可擊穿型絕緣結構。1.21.2 絕緣子運行實踐中的突出問題絕緣子運行實踐中的突出問題（1）劣化老化問題復合絕緣子的

13、故障率較國產瓷絕緣子的劣化率及玻璃絕緣子的自爆率低，國產瓷絕緣子的年劣化率約為千分之一，玻璃絕緣子的自爆率約為萬分之幾。目前，從運行情況來看，復合絕緣子的運行可靠性較瓷、玻璃絕緣子好，但隨著運行時間的增長，有機材料的老化劣勢將逐步突出。一是傘裙材料的老化將會降低防污性能及電氣絕緣性能，二是芯棒多年運行后- 4 -因芯棒蠕變特性將降低機械強度，并暴露出端部金具連接中的問題。而且，由于國內不少產品是楔接式，在長期的運行中可能出現微量滑移，使密封膠開縫，在金具端部強電場的作用下，導致加速老化。（2）使用壽命問題玻璃絕緣子具有零值自爆的特性，自爆原因一是來自制造過程中玻璃中的雜質和結瘤，若雜質和結瘤分

14、布在內張力層時，在產品制成后的一段時間內，部分會發生自爆。所以制造單位在產品制造后應存放一段時間，以便發現制造中存在的質量隱患。若雜質或結瘤分布在外壓縮層，在輸電線路上運行一段時間后，在遇到強烈的冷熱溫差和機電負荷作用下，有可能引發玻璃絕緣件自爆。另外，運行中玻璃絕緣子在表面的積污層受潮后，在工頻電壓作用下會發生局部放電。由局部放電引起的長期發熱會導致玻璃件絕緣下降，引起零值自爆。所以在污穢嚴重地區運行的玻璃絕緣子其自爆率會有所增高。但是，玻璃絕緣子的自爆率不同于瓷絕緣子的劣化率和有機復合絕緣子的老化率。玻璃絕緣子的自爆率屬早期暴露，隨著運行時間的延長，自爆率呈逐年下降趨勢，而瓷絕緣子的劣化率

15、屬后期暴露，隨著時間延長，在機電聯合負荷的作用下，其劣化率會逐漸增加。復合絕緣子由于有機材料本身的老化特性，其老化率及劣化率會隨著時間增大，國外一般認為玻璃絕緣子和瓷絕緣子的老化壽命為 50 年左右，而復合絕緣子的老化壽命不超過 25 年。（3）絕緣子檢測問題瓷絕緣子由于瓷件與鋼帽、水泥粘合劑之間的溫度臌脹系數相差較大，當運行中瓷絕緣子在冷熱變化時，瓷件會承受較大的壓力和剪應力，導致瓷件開裂，而且瓷絕緣子的瓷件存在剝釉、剝砂、臌脹系數大等問題，受外力作用時，會產生有害應力引起裂紋擴展。瓷絕緣子的劣化表現為頭部隱形的“零值”和“低值” ，對零值或低值瓷絕緣子，必須登桿進行逐片- 5 -檢測，每年

16、需花費大量的人力和物力。由于檢測零值和劣質的準確度不高，即使每年檢測一次，也會有相當數量的漏檢低值絕緣子仍在線路上運行，導致線路的絕緣水平降低，使線路存在著因雷擊、污穢閃絡引起掉串的隱患。玻璃絕緣子有缺陷時傘裙會自爆，只要堅持周期性的巡檢，就能及時發現和更換。復合絕緣子的在線檢測在目前還缺乏適當的檢測裝置及方法，在國內外都是一個正在研究的課題。由于復合絕緣子是棒型結構，一旦失效，對線路的影響將大于由多個絕緣子組成的絕緣子串。（4）機電破壞強度問題機電破壞負荷試驗是檢測絕緣子運行特性的一項重要指標。機電破壞負荷試驗結果差的產品，隨著運行時間的增長，其機械強度會呈現逐漸降低的趨勢。對在線路上運行年

17、限不同的瓷絕緣子、玻璃絕緣子進行機電性能對比試驗，發現部分瓷絕緣子在運行 1525 年后，試驗值已低于出廠試驗標準值，不合格率隨運行年限增加。而玻璃絕緣子的穩定性和分散性要好于瓷絕緣子。對瓷和玻璃絕緣子進行高頻振動疲勞試驗，試驗結果表明振后玻璃絕緣子的機電強度變化不大，而振后瓷絕緣子的機電強度明顯下降。這一方面是因為國產瓷絕緣子廠家較多，由于材質及制造工藝等方面的因素，造成產品質量分散性大。另一方面，由于瓷質繞結體是不均勻材料，在長期的運行過程中，受各種機械沖擊力、振動力的作用，可能對瓷體造成損失，導致機械性能下降。從目前國內外瓷絕緣子運行記錄來看，國產瓷絕緣子水平與國際水平尚存較大差距。復合

18、絕緣子在運行若干年后取下進行機械強度試驗，發現存在程度不同的機械強度下降問題。有的是芯棒在額定機械負荷下出現滑移，有的是芯棒從端部金具中脫出，有的是出現斷裂。分析其原因：一是由于端部連接的結構和工藝存在問題；二是由于芯棒蠕變特性及材料老化問題。在長期的運行中，由于受大氣環境、電場、機械力等因素的聯合作用，芯棒中- 6 -的玻璃纖維會產生機械疲勞，環氧樹脂材料會老化，端部金具和芯棒連接配合亦會出現松動，因此，生產單位應在金屬端頭與芯棒的連接工藝上嚴格把好質量關。同時對于運行中復合絕緣子的機械強度應采取定期監測措施，結合運行年限的長短，比較機械強度的下降速率，防患于未然。另外，國內外復合絕緣子在運

19、行過程中已發生多起脆斷事故，脆斷通常發生在絕緣子導線端的金具連接處附近，產生脆斷的原因是由于水介質中的酸長期緩慢腐蝕芯棒截面造成的。當芯棒剩余截面無法承受外部機械負荷時則出現斷裂。要防止復合絕緣子在運行中脆斷一是要提高端頭密封質量，防止出現縫隙；二是要防止硅橡膠護套出現局部缺陷和表面損傷；三是要改善端部電場的分布。事實上，凡是發生脆斷的復合絕緣子大多是在制造過程中存在缺陷或在運輸、安裝、運行中護套材料受到損傷的絕緣子。因此，在投入運行前應對絕緣子進行仔細檢查，將存有缺陷的絕緣子在投入電網運行前予以剔除。1.31.3 絕緣子運行故障及事故評價絕緣子運行故障及事故評價線路用絕緣子是輸電線路的主要絕

20、緣支撐部件，其運行可靠性、使用壽命、維護工作量均為線路絕緣子選擇時需要綜合考慮的主要因素。從近5 年(19992003)線路絕緣子運行的狀況統計數據來看，由于絕緣子的原因而導致線路故障近百次，其中由于復合絕緣子的原因占 48%；由于瓷絕緣子的原因占 33%；由于玻璃絕緣子的原因占 19%。復合絕緣子和瓷絕緣子均發生了掉串甚至導線落地事故，這對線路的安全運行構成了極大的威脅，因此，在絕緣子的運行可靠性、使用壽命、維護工作量這幾類特性中，運行可靠性顯得格外重要。故在今后線路絕緣子選擇時，應將絕緣子的運行可靠性放在首位，然后再考慮其他幾類特性。- 7 -2 2車頂絕緣子閃絡原因分析車頂絕緣子閃絡原因

21、分析復合絕緣子的硅橡膠傘表面具有極好的憎水性和憎水性遷移特性，與瓷和玻璃絕緣子相比有較好的耐污性能。我國各電力部門使用復合絕緣子作為一個重要防污閃措施，多年來的運行實際證明，復合絕緣子具有憎水性這一特性發揮了重要作用，在重污穢地區，有的甚至安裝在經過海灘又有嚴重化工污染的惡劣條件下的輸電線路上，在大霧同時又有化工污染時，耐張瓷絕緣子串都發生了污閃，運行在同樣條件下的合成絕緣子都沒有發生閃絡。發生的“不明原因閃絡”多數有如下特點： (1)發生閃絡雖與氣象條件有一點關系，但并不明顯，在全國幾次由于持續大霧引發瓷絕緣 子和玻璃絕緣子大面積污閃時，例如 2005 年 2 月，在我國的東北和華北地區，因

22、持續的大霧，在幾天之內相繼發生了多條次污閃，全都是發生在瓷和玻璃絕緣子串，在同一地區，同一線路，在持續大霧條件下，幾十萬支復合絕緣子未發生過一次閃絡，而霧不大時，甚至是晴天時復合絕緣子反而發生了閃絡，因此都認為不是污閃。與空氣的濕度大小關系不大。運行實踐還證明，復合絕緣子在高度潮濕的環境下，仍有較好的憎水性能（相對瓷和玻璃絕緣子而言） ，在我國南方一些地區，春季陰雨連綿，有時長達 30-40 天，甚至室內墻壁都凝露 ，在這樣的氣象條件下也沒有發生過污閃，而天氣相對較好，晴天，只有一般性潮濕，發生了閃絡，因此，氣象條件不是造成這種閃絡的主要原因，或者說與氣象條件毫無關系。 (2)閃絡發生后都重合

23、閘成功，線路仍能繼續運行，甚至能一直安全運行下去，換下的復合絕緣子送各電力試驗研究院進行試驗，其結果表明各項電氣性能與絕緣子出廠水平接近。 1顯然發生閃絡的絕緣子是質量- 8 -很好的產品。某些電力部門認為，發生了“不明原因閃絡”就是產品“擊穿”了，就是產品制造質量存在問題，是不恰當的。 “閃絡”是沿絕緣子外表或者絕緣子的上下均壓環之間的空氣間隙的放電現象，只要閃絡電壓高于標準要求，絕緣子就是合格的，在運行中發生閃絡是允許的，無論對瓷或者玻璃絕緣子，還是合成絕緣子都是一樣的，閃絡過后，絕緣子又恢復了全部絕緣性能。 “擊穿”一般是指通過絕緣子內部發生的貫穿性放電現象，是不可恢復，永久性的破壞。針

24、對上述情況，為了保護電力線路中各種設備不因線路中絕緣子閃絡放電或擊穿而被短路電流燒毀，線路中的斷路器會自動跳閘，在 0.12 秒之內又重新合閘，如果僅僅是絕緣子閃絡，重合閘后線路能繼續正常運行，這就是我們通常說的“自動重合閘”和“重合成功” 。如果是合成絕緣子發生了擊穿，則重合閘后馬上又會跳閘，即重合閘不成功。實際上，很多合成絕緣子發生閃絡后沒有明顯的變化，很難檢測出來，只好一直在線路上繼續運行，正好說明絕緣子很好，不影響線路正常運行。為了研究發生閃絡的原因，設法查出故障點，把已發生過閃絡的合成絕緣子換下來也是可以的，不更換下來，讓它繼續運行也是可以的。發生了閃絡應該說是發生了故障，應該研究其

25、原因，針對性的采取措施，其中也包括進一步改進產品設計，提高制造質量，進一步降低跳閘率。 以結構高度為 1240mm 的 110kV 復合絕緣子為例，加上下均壓環之后，其最小間隙為 950-1000mm，其干閃電壓為 340-360kV，標準濕耐受電壓為230kV，均高出 110kV 最高相電壓 73kV 的 4.7-4.9 倍，最惡劣的環境下也高出最高相電壓的 3.2 倍，因此，在正常情況下是不會發生閃絡的。顯然引發絕緣子閃絡主要是瞬間外界因素，除雷擊之外，作者認為主要是“異物臨近”造成的。 而鳥害就是“不明原因閃絡”不容忽視的主要原因之一 - 9 -絕大多數閃絡有下列特點，這些都與鳥類活動有

26、關。 (1)閃絡一般都發生在污穢較輕的農村，靠近河流、湖泊、水塘或沼澤地區，往往附近有果園或小樹林，或者是戈壁灘上的綠洲邊緣，在人類活動較少，同時又有小動物活動的地方，在一個省或一個地區，發生這類閃絡往往集中在一條線路的某些地段，甚至同一個塔同一位置使用不同產品（瓷、玻璃和復合絕緣子） ，都發生過閃絡。(2)發生閃絡的時間與季節有關，但各地區有明顯差別，我國南方較溫暖的江西省等地，閃絡多發生在 11 月到第二年的 3 月，我國的北部，冬季較寒冷，夏季較涼爽的地區，如黑龍江省、甘肅省等地閃絡則多發生在 7-9 月。 (3)發生閃絡的時間又多在每天的凌晨到 9 點。特別是多發生在連續下幾天雨后，清

27、晨又有霧的氣象條件下。這個時間不僅是電網電壓最高的時候，也正好是鳥類停留過夜和清晨排糞的時候，更是某些鷹類夜間活動的時候。據鳥類專家介紹，鳥類在起飛的同時排便，為的是減輕重量，有利于提高飛行速度。- 10 -3 3 已采取的措施及效果分析已采取的措施及效果分析針對電力機車車頂的閃絡問題，最近幾年已從設備改造和管理制度 2個方面采取了一些措施。3.13.1 設備改造方面采取的措施：設備改造方面采取的措施：（1）將受電弓支持絕緣子、拉桿絕緣子和導電桿絕緣子全部更換為硅橡膠絕緣子。（2）將 SS8 型機車的電瓷避雷器更換為硅橡膠避雷器。（3）在主斷路器瓷瓶和電壓互感器瓷瓶表面噴涂絕緣材料。（4）在京

28、廣線電力機車上加裝車頂高壓絕緣測試裝置。1985 年起,承擔京秦線貨運任務的豐潤機務段為扭轉 SS1 型電力機車車頂絕緣子閃絡事故較多的被動情況,提出了在絕緣子表面每 20 天涂刷一次硅油的措施。10 多年來的運行結果表明,在該區段環境污染不太嚴重情況下,這一措施是十分有效的,只是地勤人員的勞動強度較大。豐潤機務段采取的這一措施正是利用了有機硅材料具有表面憎水性,可提高絕緣子污耐。1990 年左右,清華大學先后研制成功了 RTV(室溫硫化硅橡膠)硅橡膠涂料,用于電瓷、玻璃絕緣子的表面噴涂,提高了絕緣子的污耐受電壓能力,使用效果良好,并在電力系統得到廣泛應用。1997 年左右，RTV 涂料開始在

29、接觸網絕緣子和電力機車車頂絕緣子上得到應用。鄭州鐵路局近 4 年的運用情況表明,該涂料能夠有效控制絕緣子的污閃,但使用數年后絕緣子涂層會出現剝離掉塊現象,需要周期噴涂,而且噴涂 RTV 涂料后的絕緣子不能進行表面除污擦拭,以免涂層剝離。由于這一措施不改變絕緣子的結構,提高- 11 -絕緣子耐污能力的有效性不如硅橡膠復合絕緣子。2000 年 4 月 3 日晨,因遇中霧,在安陽附近,鄭州南機務段一臺 SS8 型電力機車(當時承擔快速列車牽引任務)的電流互感器絕緣子(表面噴涂了 RTV)發生了閃絡并炸裂,造成機破,并引發電壓互感器瓷套、斷路器絕緣子損壞。近年來,硅橡膠復合絕緣子生產技術得到快速發展,

30、這類產品的綜合技術水平已基本達到了世界先進水平。3.23.2 管理制度方面采取的措施：管理制度方面采取的措施：（1）加強絕緣子表面的清潔。（2）在霧雪天氣時機車盡量不換受電弓運行。（3）當發生閃絡放電后，必須進行車頂高壓絕緣測試，合格后方準再次升弓。（4）石家莊分局供電系統在霧雪天氣時部分取消供電網自動重合閘功能，改為人工合閘，防止燒網斷線。采取上述這些措施，對緩解車頂絕緣閃絡和防止燒網斷線起到了一定的作用，但要從根本上解決機車車頂的閃絡問題，還需要更進一步的解決方案。為此，已會同有關科研所、分局和機車廠等單位進行專題研討和調查，確定了開展多項技術改進和研究工作的計劃，分為如下幾項：（1）繼續

31、改進車頂各種絕緣子結構，盡可能提高絕緣子自身抗冰閃的能力。研究改進目前已采用的受電弓、導電桿、拉桿硅橡膠絕緣子結構， 冰閃有積極作用。對于前期已在太原北機務段、石家莊機務段及石家莊電力機務段部分裝車試驗，采用硅橡膠技術的斷路器絕緣子及互感器絕緣子，在試驗基礎上拓展研究內容，并擴大裝車試驗范圍。（2）在機車的前后兩端車頂上加設導流罩。S9 以 S 機車車頂兩端導流罩為參考，根據 SS8 機車車頂具體情況，安裝設計導流罩。對機車在增加導流罩前后車頂絕緣子周圍氣流的分析表明，增加導流罩之后，無論- 12 -氣流組織、氣流速度都得到改善，車頂絕緣子附近氣流局部速度下降達到 50 左右。（3）對車頂導電

32、桿作外包絕緣處理，使其與車頂的絕緣能力加強，降低導電桿支持絕緣子發生閃絡的概率。（4）用真空斷路器替換空氣斷路器，并加設防護。空氣斷路器結構復雜，提高絕緣性能困難較大。而真空斷路器外部結構較為簡單，僅為一柱形設備，在加設防護后，可以有效降低發生冰閃的概率。（5）加裝車頂絕緣檢測裝置，利用機車高壓互感器對降弓狀態下的機車車頂絕緣水平進行檢測，判定車頂絕緣是否正常，避免盲目升弓燒斷接觸網。該改造方案已在石家莊分局試用，效果良好。（6）在冬季調高受電弓接觸壓力，減少受電弓積冰后造成弓頭接觸壓力下降，接觸壓力值調整到段修規程規定的上限值即 80N。- 13 -4 4 硅膠復合絕緣子硅膠復合絕緣子硅橡膠

33、復合絕緣子由玻璃纖維環氧樹脂引拔棒，硅橡膠傘裙，金具三部分組成。 英文名稱：recombination bead 正式名稱：硅橡膠復合絕緣子也稱合成絕緣子。硅橡膠復合絕緣子不同類型有不同的作用，結構高度和爬電距離也各不相同，硅橡膠復合絕緣子主要用于變電站，具有良好的憎水性、抗老化性、耐漏電起痕性和耐電蝕損性，具有很高的抗張強度和抗彎強度，其機械強度高，抗沖擊性能、防震和防脆斷性能好，重量輕、安裝維護方便，其上下端部的安裝尺寸與相應的瓷支柱絕緣子的安裝尺寸相同，可以互換使用。4 41 1 復合絕緣子外絕緣憎水性機理復合絕緣子外絕緣憎水性機理聚四氟乙烯、乙丙橡膠、硅橡膠等材料,都具有較好的表面憎水

34、性,大量科學試驗表明,唯有硅橡膠這種材料,在其表面有污穢后,也能使污穢層具有憎水性(這種現象稱為憎水性遷移),從而使絕緣子的污耐受電壓能力明顯高于上述其他材料。4 41 11 1 憎水性能研究憎水性能研究憎水性的合成絕緣子表面的閃絡路徑由數量較多的細長水帶與水帶間的高阻干區串聯組成,臨閃狀態下,這些干區上能夠形成數量較多的局部電弧。如果將絕緣子上施加的電壓分為兩部份:電弧的陰、陽極壓降和剩余污層加電弧弧柱的壓降,那么由于閃絡路徑上的電弧數量多,使絕緣子上總的電弧陰、陽極壓降較高,這是合成絕緣子具有優良耐污閃性能的第 1 個原因。臨閃前,憎水性表面的電極間- 14 -存在多組沿電場方向的水帶,閃

35、絡只是發生在這些組水帶中的一組上,因而憎水性表面的剩余污層電阻僅僅是這一組寬度很窄的串聯水帶的阻值之和,而與周圍大量的被高阻干區隔開的水帶無關。而且污層的憎水性僅使污層中的少量鹽分溶于水帶,因此剩余污層電阻較大,而電弧電流較小。相應地,憎性的合成絕緣子表面的剩余污層加電弧弧柱的壓降較高,這是合成絕緣子具有優良耐污閃性能的第 2 個原因。4 42 2 機械性能研究機械性能研究強度高，重量輕。不易破碎，防止意外事故。硅橡膠復合絕緣子,并不是整個絕緣子的材料全部為硅橡膠,只是外絕緣材料為硅橡膠。作為絕緣子,不但應滿足電氣技術要求,還需滿足機械性能要求,同時,應能與外部設備方便、可靠聯接。實際運用中的

36、硅橡膠復合絕緣子一般由三部分組成:外絕緣材料、內絕緣材料、兩端聯接金具。外絕緣材料選用硅橡膠,制成護套和傘盤(可以分體、可以整體;可模壓、可注射);內絕緣材料選用引拔玻璃棒作為芯棒,具有高于 600MPa 的抗拉機械強度;兩端聯接金具一般選用鋼材制造,能夠與芯棒實現高強度聯接(可楔形聯接,可壓接聯接,也可粘接聯接),同時能與外部設備按規定聯接方式聯接(決定于外部聯接要求)。復合絕緣子的強度重量比很高，即比強度很高。其高機械強度源于玻璃鋼芯棒優異的機械性能，目前被大量采用的玻璃鋼引拔棒的拉伸強度可達1000MPa 以上，而芯棒密度僅為 2g/cm3 左右，因此其比強度很高，約為優質碳素鋼的 51

37、0 倍。在相同電壓等級下，復合絕緣子的重量僅為瓷絕緣子 1/71/10。同時復合絕緣子耐沖擊能力強，大大減少了安裝、運輸過程中造成的意外破損，并能有效防止槍擊等人為因素的破壞。4 43 3 老化性能研究老化性能研究 由于有機外絕緣優異的耐污性能提高了電力系統運行的可靠性，在污穢地區無須象瓷及玻璃絕緣子一樣定期清掃，也不存在普通懸式瓷絕緣子- 15 -零值檢測問題，所以大大降低了污穢地區絕緣子的運行維護費用。雖然大大的減少了維修費用但硅橡膠也存在老化問題。從已進行的試驗看,該材料的使用壽命估計可達 2030 年(指在一定的配方、一定的合成工藝條件下。否則,將明顯低于這一預計使用壽命)。硅橡膠老化

38、失效有兩種方式:憎水性喪失和材料性能劣化。硅橡膠優良耐污性能的壽命,也就是憎水性遷移效應維持的時間。室內試驗及目前運行情況表明,在一般電氣設備的運行壽命期內,硅橡膠復合絕緣子的憎水性沒有喪失的跡象,即這種絕緣子的優良耐污性能不會出現明顯的長期衰退劣化現象,另外,硅橡膠絕緣子表面憎水性還有暫時消失與恢復的功能。如將硅橡膠浸泡在強堿性水溶液中,或長時間浸在自48來水中,或用溶劑、灰粉反復擦拭其表面,或在沿面放電作用下,也都會使表面憎水性暫時喪失、部分喪失。但在水分或溶劑揮發干凈或停止放電后,經過幾小時或幾天時間,表面憎水性又會逐漸恢復。不過,隨著使用時間的延長,恢復憎水性的時間也加長。 4 44

39、4 運動性能運動性能運動性能的好壞，直接影響車頂絕緣子耐污的能力。濕閃污閃電壓高。有機復合材料低能表面的憎水性是復合絕緣子優異耐濕污性能的主要原因。在大霧、小雨、露、溶雪、溶冰等惡劣氣象條件下，復合絕緣子表面形成分離的水珠而不是連續的水膜，污層電導很低，因此泄露電流也很小，不易發生強烈的局部電弧，局部電弧也難以進一步發展導致外絕緣閃絡。運行一段時間，復合絕緣子表面積污后，憎水性可以遷移到污層表面的特性為硅橡膠材料所獨有，在相同污穢度下，其污閃電壓可以達到相同泄露距離絕緣子的兩倍以上。普通棒形懸式復合絕緣子的等效直徑遠小于普通懸式瓷絕緣子及支柱絕緣子，這也是其耐污性能優異的重要原因。在不利條件下

40、，憎水性可能因電- 16 -氣、環境等應力的影響而下降或喪失，但其等效直徑不會變粗，所以污閃電壓仍將保持較高的水平。4 45 5 有機復合絕緣子的應用與應用效果研究有機復合絕緣子的應用與應用效果研究有機復合絕緣子因其重量輕、機械強度高、表面憎水性強、防污閃性能好和不測零值少維護等優點,在我國電力系統中已運行 11 年。據統計,全國掛網運行有機復合絕緣子已超過四十萬支,其發生故障次數占掛網運行總數的 0.53%,按年事故率統計,則不到 0.1%。隨著復合絕緣子使用量的增加,其事故日趨增多,表現在雷擊閃絡、鳥害等不明原因閃絡、污閃及機械強度下降等方面。這兩年又連續出現了國產和進口復合絕緣子斷裂的嚴

41、重事故。復合絕緣子運行的可靠性須引起高度重視。有機復合絕緣子在運行中憎水性部分或完全喪失及其在高濕度大氣條件下運行,是發生不明顯閃絡的主要原因之一;運行有機復合絕緣子機械強度下降較大,其下降幅值相對 SML 最高達 34.2%;有機復合絕緣子端部附件連接及介面性能較好,運行后其密封效果未見下降,傘套起痕及耐電蝕性能滿足運行要求,材料未見老化。但憎水性能達不到要求。- 17 -4.64.6 硅橡膠復合絕緣子作用及特點硅橡膠復合絕緣子作用及特點采用整體棒型設計，結構緊湊，質量高、重量是同等級瓷和玻璃絕緣子的 1/10，運輸安裝極為方便。適用于污穢地區，高機械拉伸負荷，大跨距和緊湊型線路。污閃電壓比

42、同等級瓷和玻璃絕緣子提高 30-50。在-60 度-+200 度環境溫度下性能穩定；采用的不可擊穿型設計，運行中無需測零值。 其硅橡膠 傘裙采用整體注壓工藝，從而解決了影響復合絕緣子可靠性的關鍵問題界面電氣擊穿。玻璃引拔棒與金具的聯接采用最先進的壓接工藝，配有全自動聲波探傷檢測系統，強度高，外型美觀，體積小，重量輕，金具鍍鋅可防銹蝕，可與瓷絕緣子互換使用，本產品結構可靠，不損傷芯棒，能充分發揮其機械強度。 電氣性能優越，機械強度高，內部承載的環氧玻璃引拔棒抗張抗彎強度比普通鋼材高 2 倍，是高強度瓷材料的 810 倍，有效提高了安全運行的可靠性。 耐污性能好，抗污性能好，抗污閃強力強，其濕耐受

43、電壓和污穢耐受電壓為相同爬距瓷絕緣子的 22.5 倍。且不需清掃，能在重污穢的去安全運行。 體積小、重量輕(僅為同電壓等級瓷絕緣子的 1/61/9).結構輕巧，便于運輸和安裝。 硅橡膠傘裙具有良好憎水性能，其整體結構保證了內絕緣不受潮，不需進行預防性絕緣監測試驗，不需清掃，減少了日常維護工作量。 密封性能好，耐電蝕能力強，傘裙材料耐漏電起痕達 TMA4.5 級水平，具有良好的耐老化、耐腐蝕、耐低溫性能，可適用于-40-50地區。 具有很強的抗沖擊性和防震性能，其良好的防脆性和抗蠕變性，不易- 18 -破碎、抗彎曲、抗扭強度高，可承受內部壓強，防爆力強，可與瓷、玻璃絕緣子互換作用。 硅膠復合絕緣

44、子，其機械性能和電氣性能均優于瓷絕緣子，運行安全裕度大，是電力線路用的更新產品。- 19 -5 5 絕緣子運用效果與存在的問題分析絕緣子運用效果與存在的問題分析5 51 1 常規絕緣子與新型絕緣子效果上的比較常規絕緣子與新型絕緣子效果上的比較與瓷絕緣子性能比較的優點。與瓷絕緣子相比，合成絕緣子的性能比較好，主要表現在：電氣性能。工頻閃絡：合成絕緣子的工頻干閃電壓略高于瓷絕緣子串的干閃電壓，而工頻濕閃電壓比瓷絕緣子串的略高 15%；雷電沖擊閃絡：合成絕緣子的雷電沖擊放電電壓比瓷絕緣子約高 50%；操作閃擊閃絡：合成絕緣子與標準型和耐污型瓷絕緣子在操作沖擊下，干閃和濕閃電壓基本相同。合成絕緣子的內

45、絕緣距離和外絕緣距離幾乎相等，結構上屬于不可擊穿型絕緣子，而不存在檢測零值絕緣子的問題，從而大大減輕了運行維護的工作量。耐污閃性能。合成絕緣子由于爬距較大，傘盤直徑較小，并且表面具有憎水性和憎水遷移特性，而具有比瓷絕緣子比較優越的耐污性能。抗老化性能：合成絕緣子的主要構件是硅橡膠護套，硅橡膠由高分子聚合物聚二甲基硅醚用有機過氧化合物進行交鏈而成。主鏈由硅氧鍵構成，硅氧鍵鍵能較大，故耐熱性能好。而硅橡膠具有良好的耐臭性能，在常溫的張力作用下，150ppm 臭氧中，丁丙橡膠立即破壞，而硅橡膠可耐數月而不破壞。其他性能。在機械強度上，棒懸式合成絕緣子是由用玻璃纖維和樹脂制成的芯棒來承擔機械負荷，其抗

46、張強度比鋼材高 1.6 倍，比電瓷高 3 至 4 倍。5 52 2 新型絕緣子存在的問題新型絕緣子存在的問題 （1）劣行特征1998 年以前生產的 硅橡膠復合絕緣子出現下面劣化特征 :局部放電、蝕損、漏電起痕、樹枝狀放電和電弧燒傷痕跡 ;硬化、脆化、粉化、開裂、傘裙變形 ;憎水性減弱 ;電氣強度降低 ;積污嚴重 ;芯棒暴露 ;聯接部位滑移、脫膠、裂縫。說明 1998 年以前制造的硅橡膠復合絕緣子的劣化較- 20 -為嚴重 ;不同地域的劣化程度表現不一。大氣條件對復合絕緣子的劣化影響較大高寒地區 ,風大雪多。近幾年開始在 110 kV 和 220 kV 線路中使用HTV 硅橡膠復合絕緣子,500

47、 kV 線路也有少量使用。截止目前為止 ,黑龍江省未發生一起運行故障。運行經驗表明 ,在寒冷地區使用 HTV 硅橡膠復合絕緣子效果良好。例如 ,吉林省僅在 199 年、200 年、2003 年各發生了一次運行故障 ,其中 2 次是發生在 110kV 線路 , 1 次是 220 kV 線路。強紫外線地區 ,風沙大、晝夜溫差大。運行故障主要發生在 1998 年的產品 ,并多發生在 110 kV 線路 ;主要原因是雷擊、不明閃絡、鳥糞閃絡 ,未見因產品質量、劣化造成故障的報道。高濕度、海鹽污穢地區。該地區主要使用玻璃絕緣子, 硅橡膠復合絕緣子相對較少。但 90 %以上的 500 kV 直流線路使用硅

48、橡膠復合絕緣子 1995年和 2005 年各發生過一次故障,1999 年發生三次。事故原因主要是芯棒脆斷 ,其次是鳥啄。四川盆地、多雨、多霧、氣候潮濕地區。硅橡膠復合絕緣子故障主要發生在 2002年的 110 kV 和 220 kV 線路中 ,故障表現為雷擊、鳥害。氣候干旱、少雨地區。硅橡膠復合絕緣子在 110500kV 線路均發生故障,110kV 線路居多。故障以雷擊鳥害和不明閃絡為主,尚未發生機械事故。氣候干旱、少雨、風沙大。1992 年開始使用 硅橡膠復合絕緣子,2001年開始- 21 -大量使用,110500kV 線路使用率 75%每年發生故障,2001 年的故障最多。故障原因主要是雷

49、擊、鳥糞和不明閃絡。以上事例充分說明我國 硅橡膠復合絕緣子運行特性表現優良。也為硅橡膠復合絕緣子的壽命定位為 1520 年提供了依據。運行經驗表明 :在高濕度、強紫外線、高海拔、高寒、低溫 (-5+5)等地區運行的我國硅橡膠復合絕緣子憎水性優良。我國硅橡膠復合絕緣子因劣化而導致的故障僅占故障總數的 116%，這充分說明我國硅橡膠復合絕緣材料抗劣化特性優良 ,但還應不斷優化復合絕緣子的結構設計 ,提升制造技術。（2）冰閃問題運行情況表明,DG 型系列硅橡膠復合絕緣子雖然可以在比較嚴重的污染地區可靠使用,但在低溫(0左右)天氣條件下一旦遇到大霧、凍雨,機車在高速運行中,這種絕緣子表面也會結污冰過多而發生冰閃。運行中的覆冰絕緣子串發生閃絡的主要過程是，