姜万里

（国能朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

电气化铁路牵引供电系统中的接触网设备在铁路运输中的作用日趋显著，朔黄铁路神池南站在复线上下行线路间、站场内采用同一牵引变电所同一座母线供电。为了实现同相电气隔离，保证供电的可靠性、灵活性，故障时缩小停电范围且方便快速抢修恢复通车，同时保证电力机车受电弓能够顺利通过，对同一牵引变电所同一座母线供电范围内的接触网进行了“分割、分束”供电，形成若干供电单元，相邻的供电单元由器件式电分段或绝缘关节式电分段实现电气分割。朔黄铁路神池南站分I 场、II 场、机务折返段、装卸线，由54 条电气化股道、6 条联络线、4 条机走线组成，其中器件式电分段有56 台，绝缘关节式电分段有5 处。通过日常昼夜间巡视和接触网3C 检测装置上线运行发现接触网电分段作为重要设备，经常会出现电弧现象，造成接触网线索和器件式电分段出现不同程度的烧伤。2021 年全年，朔黄铁路神池南站共发生接触网电分段设备产生一、二级燃弧报警145 件/次，对接触网的安全运行造成了不利影响，同时对设备的运行维护增加了难度。本文通过对接触网电分段设备产生电弧的原因进行探讨分析，并提出一些改进措施和建议。

1 接触网电分段

接触网电分段有器件式电分段和绝缘锚段关节式电分段，这里讨论隔离开关在分闸状态。

1.1 器件式电分段

器件式电分段也叫分段绝缘器，能起到使同相位相邻两端接触网在实现电气分割的同时允许受电弓通过且不间断取流的作用。一般安装在复线上下行间、站场分束供电、机车整备线、货场装卸线等处所。朔黄铁路神池南站使用的分段绝缘器有两种结构形式：一种是XTK 消弧分段绝缘器，由绝缘滑道、导流滑道、悬挂组合件、接触线接头线夹及附属连接件组成，XTK 消弧分段绝缘器主绝缘滑道采用高强度优质复合材料，同时起到机械连接和受电弓滑道的双重作用。另一种是FYFH-2.0AT（空气绝缘间隙≥300）-I 型分段绝缘器，由硅橡胶复合绝缘子、金属滑道、绝缘辅助滑道、悬挂组合件、接触线接头线夹及附属连接件组成，该分段绝缘器主绝缘与受电弓采用非直接接触式、硅橡胶复合绝缘子，不与受电弓相磨，主绝缘硅橡胶复合绝缘子只起到机械连接作用，绝缘辅助滑道安装在硅橡胶复合绝缘子上与受电弓接触，与金属导电滑道间靠空气间隙绝缘。XTK 消弧分段绝缘器主绝缘由于经常与受电弓碳滑板接触，容易收到碳墨污染而降低主绝缘的性能，将会缩短XTK 消弧分段绝缘器使用寿命。FYFH-2.0AT（空气绝缘间隙≥300）-I 型分段绝缘器由于绝缘辅助滑道的作用，即使绝缘辅助滑道受到碳墨污染也不会影响主绝缘硅橡胶复合绝缘子的绝缘性能，因此使用寿命较长。朔黄铁路神池南站使用的两种分段绝缘器，如图1 和图2 所示。

图1 XTK 消弧分段绝缘器

图2 FYFH-2.0AT-I 型分段绝缘器

1.2 绝缘锚段关节式电分段

朔黄铁路神池南站采用四跨绝缘锚段关节式电分段，主要安装于站场两侧和联络线处。主要是利用两支接触悬挂结构之间500 mm的空气绝缘间隙起电分段作用，电力机车受电弓在中心柱处实现两锚段的转换和过渡，同时在转换柱处设置隔离开关，实现电气连接。绝缘锚段关节式电分段结构参数如不符合标准极易引起电气绝缘距离击穿，导致设备故障或威胁人身安全。朔黄铁路神池南站绝缘锚段关节式电分段结构形式（图3）。

图3 四跨锚段关节式电分段

2 接触网电分段设备产生电弧的原因分析

2.1 器件式电分段产生电弧的原因分析

2.1.1 受电弓碳滑板和外部环境的影响

主绝缘部件起到机械连接和受电弓滑道双重作用的分段绝缘器，在受电弓往复通过主绝缘部件时，极易在主绝缘部件上留下受电弓上的碳粉末，铁路站场周边存在严重的粉尘污染源，在电力和内燃机车混跑区段，在较为封闭的货场，器件式电分段绝缘滑道上容易出现严重的污秽物沉积或金属粉末、积碳，导致在雨雪等特殊的天气条件下会降低绝缘部件的绝缘性能，当一侧馈线停电时，另一侧带电部分的电压容易导通绝缘部件，使绝缘部件烧损。

2.1.2 器件式电分段成为硬点

如果器件式电分段安装地点和参数不符合标准要求，使其成为硬点，电力机车振动的受电弓通过器件式电分段时产生“离线”现象，从而产生电弧。器件式电分段成为硬点的原因有两个：①器件式电分段在安装时或运行过程中，导流滑道与轨面不平行，列车通过时导流滑道与受电弓滑板之间存在间隙；②器件式电分段安装完毕后相对于两侧的定位点应有规定的负驰度，而在实际运行中器件式电分段大多处于正驰度或负驰度不满足要求的状态，造成器件式电分段打弓产生电弧现象。

2.2 绝缘锚段关节式电分段产生电弧的原因分析

2.2.1 绝缘锚段关节式电分段结构设计的影响

在绝缘锚段关节式电分段区域内，电力机车受电弓先与两锚段关节衔接处的一端接触悬挂的工作支接触，电力机车受电弓继续运行至中心柱等高区域，同时与工作支与非工作支接触，然后受电弓脱离非工作支，又与一端工作支接触，在整个过程中受电弓不间断取流。电力机车受电弓在非工作支转换瞬间，受电弓滑板与非工作支接触线之间存在间隙，如果满足生弧电压和电流的条件时，则会产生电弧（图4）。

图4 受电弓通过缘锚段关节式电分段

2.2.2 绝缘锚段关节式电分段特殊位置的影响

若绝缘锚段关节式电分段安装位置距离调信号机较近，信号机开放后，电力机车启动后以缓慢的速度进入绝缘锚段关节式电分段内，也会造成电弧现象；当绝缘锚段关节式电分段设置在大坡道或列车加速区段时，由于列车需取得更大的电流，同样会在绝缘锚段关节内形成电弧现象。

2.3 接触网电分段设备产生电压差的原因分析

从目前朔黄铁路神池南站接触网电分段设备的布置位置来看，牵引变电所各条馈线上网点距接触网电分段设备两端的距离不同，有的甚至相差较大，产生的阻抗自然也不同，加上两端电力机车行车密度不同，导致接触网电分段设备两端本身存在较大的电位差，电力机车通过时产生电弧现象。电力机车受电弓通过电分段设备时，受电弓滑板会瞬间同时接通其两端，负荷电流会由一端转换到另一端，此过程相当于在电路中带负荷拉开开关，电路的结构形式发生变化。

图5 是电力机车受电弓通过接触网电分段设备时的等效电路，两条馈出线由同一牵引变电所同一座母线供电，但是1#、2#电力机车的取流点位置不同，导致在接触网电分段设备AB 两端存在电压差UAB。△UAB=Z（I1L1-I2L2），式中Z 为等效阻抗；L1、L2为电力机车取流点至电源点线路长度；从式中可以得到：

图5 电力机车通过接触网电分段时的等效电路

（1）接触网电分段设备两端供电臂长度不同，对应的阻抗不同，会产生电压差。

（2）电力机车取流点位置不同会产生电压差。

（3）接触网电分段设备两端供电臂内机车密度不同，会产生电压差。

现场器件式电分段和绝缘锚段关节式电分段产生电弧现象，见图6 和图7。

图6 器件式电分段产生电弧现象

图7 绝缘锚段关节式电分段产生电弧现象

3 防范接触网电分段设备电弧危害的措施探讨

目前朔黄铁路神池南站接触网电分段设备由于受到环境、安装条件、结构设计、安装位置、设备性能等影响，当电力机车取流通过时不可避免地产生电弧现象，主要的区别是电弧能量的大小和电弧持续时间的长短，但仍然会给接触网电分段设备带来不同程度的损坏。特别是在电力机车取流大、行驶速度缓慢的地方，经过电弧多次累积损伤，最终会给接触网电分段设备带来破坏性的后果。因此，针对接触网电分段设备如何有效预防电弧危害，需制定一些防范措施，尽量减少对运输产生影响。

3.1 加强对接触网电分段设备的巡视检修

利用周期或特殊巡视、天窗点内检修等方式对接触网电分段设备进行巡视检修，巡视检修的重点有：

（1）根据器件式电分段的运行环境、运行时间长短等因素，实行差异化周期检修，特别要重点关注重污区的器件式电分段设备，缩短维护清扫周期，根据天气情况加强巡视清扫作业，以保持绝缘滑道的清洁，在检修时必须保证器件式电分段铜滑道与轨面平行，务必使其工作于受电弓中心位置，同时相对于两侧的定位点要具有规定的负驰度以减少硬点。

（2）经常对绝缘锚段关节式电分段的悬挂参数进行测量，保证两支接触悬挂的参数在正常范围内。

（3）夜间观察电力机车受电弓通过接触网电分段设备时是否存在电弧现象。

（4）加强对绝缘锚段关节式电分段内两接触悬挂线索的检查，检查是否存在因电弧烧伤两接触悬挂线索的现象，对烧伤较严重的地方进行补强或更换，为提前预防线索的烧伤可以在两接触悬挂承力索上安装预绞式铠装护线条。

3.2 在接触网电分段设备处所设置警示标志

已投运的电气化铁路，在器件式电分段安装位置的左右相反两侧设置“受电弓禁停标”，在绝缘锚段关节式电分段两端设置“前方绝缘锚段关节200 m 禁停标”对电力机车司机进行提醒，以防司机将电力机车误停在接触网电分段区域内，特别是当电力机车误停在绝缘锚段关节式电分段区域内时，短接两支接触线若电力机车受电弓与非支接触线之间的空气绝缘间隙不足时，当电力机车再次起步运行取流时，易造成非支接触线发生断线塌网事故。

3.3 从接触网供电分区划分原则进行卡控

（1）在满足接触网供电的独立性、灵活性、合理性、经济性等条件下，尽量减少接触网电分段设备的设置数量。

（2）接触网电分段设备两端的供电馈线必须由同一牵引变电所同一座母线接引。

（3）要尽量使接触网电分段设备两端的供电分区范围平衡，避免电力机车受电弓通过接触网电分段设备时，有较大的电流通过受电弓滑板进行导通。

3.4 从接触网电分段设备设计位置选择进行卡控

（1）到接触网电分段设备两端的馈线长度尽量不能相差过大，从而人为造成接触网电分段设备两端存在较大的电压差。

（2）在设计接触网电分段设备的位置时，应充分考虑其两端电力机车取流的均匀性，同时车站值班员要合理布置接触网电分段设备两端的机车数量，避免较大的穿越电流通过接触网电分段设备。

（3）尽量避免接触网电分段设备所处的位置设计在坡度过大、列车加速取流地段，并合理设计信号机与接触网电分段之间的距离。

（4）不宜将接触网电分段设备设置在曲线或“S”曲线区段，增加调整检修难度。

3.5 采用机车断载过接触网电分段技术

在接触网电分段设备重点处所，建议使用比较成熟的例如“机车断载过电分相”技术，但是需要在接触网电分段设备两端适当位置设置“断”、“合”标志和相应的磁感应设备。此技术的优点是由于电力机车断载通过接触网电分段设备，从源头上消除了电弧的产生，提高了接触网电分段设备的运行条件，能够延长其使用寿命，缺点是需电力机车在较长时间失电的情况下惰性通过接触网电分段设备，同时还需电力机车司机频繁操作机车主断路器，增加了电力机车司机的劳动强度。

4 结语

接触网电分段是牵引供电中的关键设备，也是故障多发处所，具有一定的灵活性和重要性。本文通过对接触网电分段产生电弧的原因进行探讨分析，得出接触网电分段设备产生电弧的主要原因是存在电压差，同时提出一些改进措施和建议，对接触网电分段设备的安全运行具有重要意义，同时希望能够为接触网运营管理单位和设计单位提供一些指导性意见。