柱式复合绝缘子伞裙及护套撕裂原因分析

摘要　文章就电力机车用复合绝缘子几起绝缘子伞裙撕裂及护套开裂原因展开分析，并就电力机车用复合绝缘子在运行过程中的维护、复合绝缘子在生产过程中加强工艺控制和复合绝缘子在伞裙设计等方面提出了建议。

关键词　复合绝缘子　撕裂　设计　维护

0　引言

诸多的实际运行经验表明，硅橡胶复合绝缘子的防污闪、抗冲击、耐臭氧、不易爆裂、易安装、运行维护方便等优点在我国电气化铁路接触网和电力机车上得到了广泛的应用。随着电力机车时速的提升和复合绝缘子运行数量的增加，在实际运行过程中，硅橡胶复合绝缘子同样也暴露出一些影响安全运行的问题。例如：机车在高速运行状态下硅橡胶伞裙撕裂、复合绝缘子护套受电蚀后绝缘性能降低等。这些问题的存在和发生，均给电力机车的安全运行带来隐患。对此，应引起绝缘子生产厂家和运行部门的高度重视。

1　复合绝缘子的结构

硅橡胶复合绝缘子主要由硅橡胶伞套(伞群)、玻璃纤维引拔棒和上下联接法兰(金具)所组成。其中玻璃纤维引拔棒作为产品内绝缘并承担产品的机械负荷；耐橡胶伞套(伞裙)为产品的外绝缘并提供一定的绝缘距离、电气间隙和爬电距离；上下法兰作为产品的连接甜件。

硅橡胶复合绝缘子是继瓷和玻璃绝缘子之后发展起来的新一代绝缘子。复合绝缘子以其重量轻，憎水能力强，污闪电压高，可减免维护等特点得到了电力及铁路系统用户的大力推广和使用。

2　复合绝缘子的界面

复合绝缘子与瓷和玻璃绝缘子相比结构不同的是材质间存在的界面较多。诸如：玻璃纤维引拔棒中的玻璃丝和树脂间的界面；玻璃纤维引拔棒和硅橡胶间的界面；上下连接法兰与硅橡胶间的界面；硅橡胶与硅橡胶间的界面，在这些界面中，无论那一个界面存在缺陷都会给产品带来安全上的隐患。

2007年11月，某次列车行至某站时，司机在升弓后突然发现网压表为零，司机随即登车检查并断定绝缘出了问题，同时对受电弓进行了隔离并切断相关电路，后改升前弓维持运行。回段后对机车进行了详细检查，检查中发现，一只导电杆复合支持绝缘子硅橡胶护套被电蚀灼伤近2／3长，且已形成碳化导电通道(见图1)。

当更换了该绝缘子后，机车绝缘性能良好。分析事故原因时发现，在该绝缘子上法兰与硅橡胶护套间的界面间存在着油污或杂质，造成硅橡胶与上法兰粘接不牢并使界面间留有气隙；当该绝缘子在工频电压或过电压的作用下，界面间的气隙受热并开始膨胀，当硅橡胶护套层表面张力无法承受该气隙膨胀产生的应力时，或该气隙膨胀后被外来沙石击穿后，大气中的潮湿气体和污秽进入护套与法兰的界面。在潮湿污秽的条件下，绝缘子沿面泄露电流加大，表面局部闪络和内部局部放电频繁。在放电过程中，界面开始被电蚀，久而久之，在电蚀的作用下，护套与玻璃纤维芯棒的界面间会留下一条或多条不规则的碳化导电通道。加之大气中潮气和污秽的不断侵蚀，被碳化后的导电通道在电蚀的作用下便随时间的推移而延长，当导电通道延长到绝缘子无法承受正常的工频电压时车顶绝缘为零。

因此，复合绝缘子再生产过程中确保产品界面间无杂质，界面粘接致密、牢靠，从而保证产品具有良好的绝缘电气性能。

对此，作为生产厂家在对产品的生产过程中要切实加强生产工艺控制，在把好各种原材料进厂质量关的同时，加强生产过程和产品的检验以及试验的过程控制，杜绝此类影响机车安全运行事故的发生。

3　伞裙设计

复合绝缘子的伞裙(护套)，不仅起着保护玻璃纤维芯棒不受大气中的有害气(物)体侵蚀，同时为产品提供足够的电气间隙和爬电距离。在设计时，绝缘子的伞裙间距和伞裙的伸出及爬电比距等参数除满足有关标准规定外，还要满足电力机车不断提速的设计要求，这一点非常重要。有的生产厂家一味的去追求降低产品成本，将复合绝缘子伞裙设计的很薄或伞裙的上下倾角设计的不尽合理，使伞裙不能抵御机车运行时带来的风阻，机车在高速运行状态下使复合绝缘子伞裙严重变形或撕裂。

2009年3月，某机务段在对时速200km动车组的高压隔离开关进行检修时发现，一支复合绝缘子的最下面伞裙破裂，且破裂尺寸较大，伞裙向下变形严重(见图2)。

2008年8月，某局在对时速350km动车组进行检查时发现，一支高压隔离开关复合绝缘子顶端伞裙上倾角处有细小裂痕，随即对运行机车上所有绝缘子进行了全面普查，共发现有4支复合绝缘子在同一部位出现了裂痕，且裂痕在机车的同一方向。同时发现，在有裂痕的绝缘子前方不足500cm的地方，装有一支高度几乎和绝缘子相等的电压互感器，经风动试验参数和分析得知，机车在高速运行状态下，气流绕过前方物体顶端并在其后部(绝缘子前段)产生分离，在气流分离区压强降低，导致绝缘子顶端伞裙的升力也跟着降低，随着时速的增加，风对伞裙带来的阻力也在增加，致使顶端伞裙加速向下偏移，偏移越大风阻越大，且伞裙变形也越大，久而久之在伞裙与护套的薄弱处便出现折痕(见图3)。

对此，绝缘子伞裙开裂或有裂痕，其中有伞裙设计上的不足，亦有车顶产品布局的不尽合理性。所以，在产品设计时，要考虑到产品的适应环境，就电力机车用复合绝缘子而言，加大伞裙上倾角及伞裙的厚度和提高硅橡胶混炼的硬度；改变车顶某个设备的布局(机车在高速运行状态下，产品的保护爬电距离可忽略不计)；改变机车在高速运行状态下风阻对车顶产品的影响，即可延长产品的使用寿命，伞群撕裂问题可得到缓解。

4　运行中的维护

设备正常的维护，对设备的安全运行和延长设备的使用寿命起着至关重要的作用。我国地域辽阔，南北东西温差变化范围较大，随着电气化铁路建设的突飞猛进，机车运行跨度也随之加大，机车所承受的环境污秽水平也不尽相同，这就对保障车顶电气绝缘的绝缘子来说提出了更高的质量标准，同时为运行部门坚持对设备的监测和维护提出了更进一步的要求。

硅橡胶绝缘子的伞裙和伞套为弹性体，在运输，安装和维护过程中，应避免被其它或尖锐物体划伤(见图4)，一旦伞裙、护套划伤和破裂应及时进行修补或更换。因为伞裙和护套破裂和划伤，将直接影响到伞裙和护套绝缘强度的降低。因为在污秽潮湿的作用下，泄露电流流经绝缘子伤及表面或在高场强作用下产生局部放电，放电烧蚀伞裙和护套，使其降低绝缘强度，从而影响产品的电气安全性能。

硅橡胶绝缘子虽然具有优异的耐污性能和良好的自洁性能，但对于机车顶上的绝缘子来说它是运动的，机车的提速促使其粘附污秽的能力再增大，如不及时清洗伞裙(伞套)表面污垢，绝缘子的耐污秽水平亦随之降低，给机车的安全运行带来隐患。可见，加强设备的维护和保养对机车的安全运行亦至关重要。

5　结束语

(1)加强对机车硅橡胶复合绝缘子生产过程中的工艺控制和质量监控，确保混炼胶及各种原材料的质量稳定性和产品高温硫化的均衡性；制定严格的产品出厂检验，试验规程。

(2)产品设计要适应机车发展需求，在满足机车绝缘性能的前提下，更要满足机车提速的运行需要。

(3) 加强运行状态下对硅橡胶绝缘子的监测和维护保养，切实保障绝缘子良好的电气绝缘性能。