接触网分段绝缘器故障分析与预防对策

摘要

接触网分段绝缘器是在同相供电的不同供电单元间的不影响电力机车运行

的电气分段设备。它将同一相供电单元的接触网分隔成几个独立的供电范围，为

上下行电气分隔、站场供电分束、机务整备等提供作业条件。当某侧接触网需要

检修或发生故障时，能缩小停电范围，减少对运输的干扰。分段绝缘器已成为铁

路接触网系统的关键设备之一，分段绝缘器是否安全稳定运行已成为铁路接触网

能否安全供电的重要因素。本文首先分析了接触网分段绝缘器故障，包括弓网故

障分析、电气联结方面故障、绝缘方面故障、补偿装置故障，从现有接触网分段

绝缘器的性能比较、结构优化、设计建议、维护管理、使用管理等多个方面进行

分析和研究，结合实际情况进行方案和策略的调整和改进，然后提出了接触网分

段绝缘器故障预防对策，主要有优化分段绝缘器结构、有针对性的确定分段绝缘

器清扫维护周期以及加强日常巡视观测等方法。

关键词：接触网；分段绝缘器；故障检修

Abstract

ThesectioninsulatorofOCSisanelectricalsectionequipmentbetweendifferent

powersupplyunitsinthesamephase,whichdoesnotaffecttheoperationofelectric

locomotive.Itdividesthecatenaryofthesamephasepowersupplyunitintoseveral

independentpowersupplyareas,andprovidesoperationconditionsforup-down

electricalseparation,stationpowersupplysplitting,locomotiveservicing,etc.When

thecatenaryononesideneedstobeoverhauledorfails,thescopeofpowerfailurecan

bereducedandtheinterferencetotransportationcanbereduced.Thesectioninsulator

hasbecomeoneofthekeyequipmentoftherailwaycatenarysystem.Whetherthe

sectioninsulatorcanoperatesafelyandstablyhasbecomeanimportantfactorforthe

safepowersupplyoftherailwaycatenary.Firstly,thispaperanalyzesthefaultsofOCS

sectioninsulator,includingpantographcatenaryfaultanalysis,electricalconnection

fault,insulationfaultandcompensationdevicefault.Itanalyzesandstudiesthe

performancecomparison,structureoptimization,designsuggestions,maintenance

management,usemanagementandotheraspectsofexistingOCSsectioninsulator,

Combinedwiththeactualsituation,theschemeandstrategyareadjustedandimproved,

andthenthepreventivemeasuresforthefaultofOCSsectioninsulatorareputforward,

mainlyincludingoptimizingthesectioninsulatorstructure,determiningthecleaning

andmaintenancecycleofsectioninsulatorandstrengtheningthedailyinspectionand

observation.

Keywords:catenary;Sectioninsulator;Troubleshooting

目录

摘要.................................................................I

Abstract..............................................................................................................................II

第一章绪论1

第二章展触网引段绝翥器征障分......................................2

2.1分段绝缘器的工作要求..........................................2

2.2弓网故障分析..................................................2

2.2.1故障现象.................................................2

2.2.2原因分析................................................2

2.3电气联结方面故障..............................................3

2.4绝缘方面故障..................................................4

2.4.1故障现象.................................................4

2.4.2原因分析................................................4

2.4.3采取措施................................................5

2.5补偿装置故障..................................................5

2.5.1故障分析.................................................5

2.5.2解决措施................................................6

第三章接触网分段绝缘器故障预防对策..................................8

3.1优化分段绝缘器结构............................................8

3.2有针对性的确定分段绝缘器清扫维护周期.........................8

3.3加强日常巡视观测..............................................8

3.4拓宽思路，积极创新检修方法...................................9

参考文献.............................................................10

第一章绪论

接触网分段绝缘器是在同相供电的不同供电单元间的不影响电力机车运行

的电气分段设备。是电气化铁道中的主要供电装置之一，其功用是通过它与受电

弓的直接接触，而将电能传送给电力机车。随着电压的提高、运输量的增大、技

术的不断改进以及对人身安全的严格要求等，使接触网的结构逐渐发展成为目前

广泛采用的架空式接触网。

随着电力机车数量的不断增多、货物装卸量的不断增大，分段绝缘器出现的

故障频率越来越高。接触网分段绝缘器故障分析与优化方案已经成为当前工作的

重点和难点，我国相关部门和机构也投入了大量的人力、物力和财力，使接触网

分段绝缘器在政策和资金的支持下取得了一定的成绩。但是受到传统观念和落后

方式的限制，接触网分段绝缘器的许多故障并未得到妥善处理，甚至影响了其他

设备的正常运行，所以及时对接触网分段绝缘器出现的故障进行分析并提出优化

方案成为必要举措。

第二章接触网分段绝缘器故障分析

2.1分段绝缘器的工作要求

分段绝缘器的使用说明书明确要求分段绝缘器不应安装在各类机车停靠点

处，也就是说机车不应停靠在分段绝缘器所在位置。《接触网运行检修规程》规

定：分段绝缘器不应长时间处于对地耐压状态，尤其在雾、雨、雪等恶劣天气时，

应尽量缩短其对地的耐压时间，即当作业结束后应尽快合上隔离开关，恢复正常

运行。

分段绝缘器的桥式绝缘子是化学有机绝缘子；绝缘滑板内部是高强度化学纤

维，外部是绝缘保护层。分段绝缘器绝缘原件的机电性能如下表所示：

表2-1分段绝缘器绝缘原件的机电性能

项目单位绝缘滑板桥式绝缘子

绝缘距离nun1265460

泄露距离mm12651300

工频干耐电压KV210180

工频湿耐电压KV15()150

冲击耐受电压KV410300

拉伸破坏负荷KN40

2.2弓网故障分析

2.2.1故障现象

(1)接触网参数变化。

(2)接触网线索、零部件脱落。

(3)接触网零部件变形，脱落。

2.2.2原因分析

(1)接触网部件变形或零部件脱落：由于接触网部件结构问题、长期运用

过程中的振动疲劳或施工原因造成带病投入使用，都有可能造成接触网部件变形

或零部件脱落。随着车速的提高，接触网部件成为接触网弹性的薄弱环节，如所

谓的硬点。由于该处弓网压力加大，其各部螺栓更容易振动脱落引起弓网故障。

(2)接触网结构不合理：由于施工或设计原因，接触网个别处所在结构上

存在问题，当温度变化时由于接触悬挂的热胀冷缩致使相应的线索驰度发生变化

(如悬挂间电连接线、中锚辅助绳、开关引线等)。当线索驰度过大时在动态情

况下也易形成弓网故障。

（3）接触网零部件本体和安装形式不合理：由于接触网个别零部件本体或

安装形式不合理，在外界自然环境的影响下发生脱落变形，造成设备或弓网故障。

如目前在接触悬挂上安装的各种标示牌，由于其面积较大，且用简易铁线固定，

极易在风力作用下脱落，当位于受电弓范围内时即形成弓网故障

（4）产品质量问题：由于接触网产品质量不合格，使零件在长期动态工作

过程中疲劳损坏，或在外界力量的冲击下发生变形，进而使接触网参数或结构发

生变化，形成弓网故障。

（5）自然灾害：由于接触网漏天设置，受自然环境影响较大（如雨、雪风

等恶劣天气条件下造成的塌方造成的支柱倾斜，接触网参数变形等）；同时由于

设置位置限制还会由于外界动力机械的撞击造成接触网支柱及接触悬挂参数的

变化等。

2.3电气联结方面故障

接触网既然是机、电合一的特殊供电设备，因此在运行过程中不可避免发生

电气方面的问题。电气方面故障虽数量不多，但一旦发生，则会造成严重影响，

甚至造成塌网、断线故障。

电气烧伤故障原因分析：

（1）在电气化设计中，虽对线路牵引运能的增加裕量有所考虑，但随着铁

路运输发展，现在牵引运能的增加已超出了裕量。原采用的一些线索因持续载流

量偏小而承受不了大电流的长期运行，就发生了电气烧伤。

（2）接触网主导电回路由馈电线、隔开、隔开引线、承力索、接触线、电

联接器、吸变、吸变引线等组成。各部分间由各种线夹进行连接，使这一回路沿

铁路延伸，满足向电力机车供电的需要。主导电回路必须良好，才能保证电流的

畅通；若存有缺陷，将引起局部载流过大、零部件分流严重，从而烧伤接触网设

备。

（3）电气联接部分因连接不良或长时间运行松动等原因引起的电、化学腐

蚀，造成主导电回路的截面（或当量截面积）不足，电气连接阻抗加大，从而导

流不畅，烧伤接触网设备。如：将承力索纳入了电联接器电气导流的一部分；电

联接线夹大小槽装反；线夹内有杂物；设备线夹间非面面接触等等。

（4）站场中的接触网结构比较复杂，在进行电气连接时，由于种种原因造

成主导电回路不闭合、主导电通道迂回，引起分流严重而烧伤接触网零部件。

（5）设计的接触网结构中某些不应有电流通过的地方，而由于某些条件的

巧合通过了全部或部分牵引电流。由于这些地方没有保证牵引电流（或其分流）

通过的必要的电气连接，所以烧伤了接触网设备。

（6）立体交叉的线索、线索与支持装置间，由于线路阻抗的不同而形成电

压差，在风力、温度变化、振动等因素的作用下，它们之间的距离不够，造成放

电现象，放电电弧烧伤了接触网设备。

（7）两端属同相而不同馈线供电的绝缘锚段关节、分段绝缘器，因供电臂

的阻抗不同而形成电压差，当电力机车通过受电弓短接两供电臂瞬间，在短接点

处产生电弧，造成设备的烧伤。

（8）然而在施工时未严格执行有关标准，导致电联接器的结线不正确、线

夹安装不标准。现行的检修规程中对电气联接的电气标准没有量化指标，使得供

电部门在具体检修时“无章可循对电气联接缺乏行之有效的检测方法和手段,

在具体检修中多是做些外观上的检查。工区存在“涂油”的认识误区。为防止设备

检修质量验收时扣分，检修人员在平时检修时对接触网设备抹涂大量的黄油，致

使设备的内部电气烧伤缺陷不能及时地被发现。如：为防止电联接散股扣分，在

电联接表面抹涂上一层厚厚的黄油。对设备的巡视特别是夜巡工作执行不力。

①电气连接线夹发热。原因是电联结线夹未按规定安装或在运行过程中发生

螺栓松动、电力复合脂老化等缺陷，使电联结处接触电阻增加进而发热量增加,

使线夹发热而烧伤线索，严重情况下烧断线索。

②线索自电气接续部分断股或断开。

原因是站场股道电联结设置位置或数量不合理，使股道间接触悬挂在机车取

流的情况下产生较大的压差，接触悬挂在软横跨二产生环流，从而在悬吊滑轮或

定位器根部等电气薄弱环节产生拉放电伤现象。

③设备线夹、接头线夹、吸上线与规流圈（或钢轨）连接处烧伤。软横跨环

流造成承力索悬吊滑轮处或定位器根部定位钩处烧伤。原因是不同悬挂问非稳定

性接触也会造成线索问放电：当2不同悬挂立体交叉时.如果2支悬挂均为我流

悬挂.当其中1支有大负荷电流时，根据潮流计算可知，在2悬挂问会形成电位

差，此时如果2悬挂（包括线索问和一线索距另一悬挂的带电部分）问存在非稳

定性接触，则在2悬挂问就会产生过渡电弧进而烧伤线索。此种情况一般发生在

站场交叉承力索问和非支接触线与工支定位管问。

④通过以上故障原因分析接触网既然是机、电合一的特殊供电设备，因此在

运行过程中不可避免发生电气方面的问题。电气方面故障虽数量不多，但一旦发

生，则会造成严重影响，甚至造成塌网、断线故障。

2.4绝缘方面故障

接触网作为特殊的高压供电设备，绝缘是其重要的技术指标之一。与地方供

电线不同，接触网悬挂高度较低且距离机车较近，容易被环境和混合牵引的机车

污染，因此其绝缘难度很大。按照绝缘介质，接触网的绝缘主要分为绝缘体绝缘

和空气间隙绝缘，其两方面有一方发生放电都会影响接触网的正常运行。由于我

国特殊的自然环境和设计方面的原因，绝缘方面的故障占整个故障比例较高、范

围较广，对运输影响也较大，需要认真对待。

2.4.1故障现象

（1）绝缘子闪烙放电乃至击穿。

（2）接触网带电部分对接地体放电。

（3）分段、分相等绝缘部件放电击穿。

2.4.2原因分析

（1）绝缘子脏污：主要表现为清扫周期过长，周围环境污染严重，使绝缘

子表面覆盖了较多的导电介质而放电击穿。

（2）绝缘子的绝缘强度或材质不能适应周围环境：主要表现为绝缘子虽然

按照周期甚至缩短周期进行了清扫，但由于周围污染介质的特殊性如化工污染

等.使绝缘子在不太脏污的情况下也发生了放电击穿故障。

（3）分段、分相绝缘棒由于与炭材质的受电弓频繁摩擦接触，使其接触表

面覆盖了一层碳粉，由于受天窗点的限制而不能及时清扫，使电弧沿其表面发生

击穿故障。

（4）接触网带电部分由于受温度变化使其空间儿何位置发生变化，当对接

地体的距离变小并小于安全距离时即发生对地放电故障。

（5）铁路旁边的建筑物、树木等由于受自然灾害影响而使其状态发生变化，

当其对接触网（含供电线）的距离小于安全距离时，接触网也被动发生放电跳闸

故隙。另外融冰、鸟类打窝用的导电体以及动物木体也会在特定情况下引发短路

放电故障。

2.4.3采取措施

（1）加强绝缘的清扫工作，对部分污染严重的区段人为缩短清扫周期。

（2）对环境恶劣区段更换为抗污性能强的硅橡胶绝缘子。

（3）对分段、分相等特殊区段绝缘体逐步推广带电清扫模式。

（4）对接触网线索的调整要考虑其温度变化的影响，保证在温度变化时带

电部分距接地体保持足够的安全距离。

（5）对铁路附近可能危机接触网供电安全的危树、建筑物及时联系处理，

保证其在恶劣天气下状态发生变化时对接触网能保证足够的安全距离。

（6）加强对上跨建筑物上积雪的清扫工作和钢柱、横梁上鸟巢的清理工作，

防患于未然。

2.5补偿装置故障

2.5.1故障分析

（1）动滑轮倾斜与补偿绳偏磨，线索伸缩时，易于发生补偿绳向支柱方面

拉出滑轮槽。原因分析：两定滑轮不在同一铅垂面，使动滑轮两侧补偿绳存在一

定角度，补偿绳向动滑轮边沿拉。

（2）定滑轮槽不在铅垂状态，补偿绳与滑轮间发生偏磨，易于发生补偿绳

脱槽故障。原因分析：定滑轮槽倾斜多是承锚、线锚角钢发生倾斜或滑轮受力不

均造成。承锚、线锚角钢是接触悬挂卜锚的固定角钢，该角钢承受着接触悬挂顺

线路方向的水平负荷和坠蛇重力作用下的垂直负荷，施工中承锚、线锚角钢部分

固定螺栓未按要求紧固，致使角钢在受力后发生倾斜现象。角钢偏斜后，在补偿

绳的作用下，使补偿动滑轮向线路内侧发生倾斜，从而造成补偿滑轮偏磨。补偿

滑轮一般采用铝合金材质制成，周期性、长时间的偏磨，将导致补偿绳托槽或线

索断线故障。

（3）承锚补偿绳与线锚双环杆相摩擦，因受力不均发生补偿绳脱槽或补偿

绳断股故障。原因分析：接触网下锚处安装的承错角钢和线锚角钢固定悬吊孔为

单孔结构，安装后承锚角钢、线锚角钢的悬吊孔可能处在同一条垂线上，出现承

锚补偿绳与线锚双环杆相摩擦现象。

（4）坠泥抱箍无法起到固定作用，因大风或通过列车原因，坠坨摆动幅度

大发生补偿绳脱槽故障。原因分析：坠佗抱箍丢失或坠佗抱箍固定螺栓脱落，使

坠泥无固定物，扩大摆动范围，如横线索方向摆动易于发生补偿绳偏磨或脱槽故

障。

（5）桥上等震动较大处所滑轮固定螺栓松动，可能发生补偿绳脱槽故障。

原因分析：桥上支柱受震动影响较大，滑轮转轴外侧螺栓因震动发生松动，尤其

是未安装防松弹垫处所，使补偿滑轮和支架连接不牢固，发生脱槽。

2.5.2解决措施

（1）补偿绳偏磨以调整为主，发现一处调整一处，提前防范发生补偿绳脱

槽故障，具体的处理办法有：

①规范安装承锚、线锚角钢。对管内偏斜的承锚、线锚角钢进行调整，使其

安装状态达到平直，同时将各部螺栓进行彻底紧固，使固定螺栓与支柱保持密贴，

并对角钢两侧的防松顶丝进行紧固，确保顶固到位，使承锚、线锚角钢的安装状

态完全符合规范要求，防范因用钢偏斜造成补偿绳偏磨故障。

②采用新工艺，改变承锚、线锚角钢的安装形式。在承锚、线锚角钢制作过

程中把原有的单悬吊孔角钢改进为双悬吊孔。这样在现场施工安装过程中，根据

承锚、线锚补偿绳的位置来选择双环杆与角钢悬吊孔的连接位置，使得两根补偿

绳之间、承锚补偿绳与线锚双环杆之间始终保持着一定的距离，既不磨损补偿绳

又使滑轮槽保持铅垂状态，提前防范补偿绳偏磨问题。

③对补偿滑轮固定螺栓进行检查整治。全面检查补偿滑轮各部安装状态和各

部尺寸，在补偿滑轮转轴外加装防松弹垫，滑轮偏磨严重处所进行调整和更换。

同时把双环杆用扳手卡死，使其扭动一个角度或调整线锚角钢，保证补偿滑轮处

于铅垂状态，消除补偿绳偏磨问题。

（2）补偿绳脱槽处理应以滑轮更换为主，经验表明，补偿绳脱槽经调整恢

复后，可能再次发生脱槽故障，处理办法有：

①运行中补偿绳发生脱槽故障，故障现象明显，利用巡检或添乘都能很快发

现故障点，北方温差较大，为防范热胀冷缩拉断线索，发现后必须立即组织处理，

处理办法是将该处滑轮整组更换，同时检查承锚、线锚角钢各部状态是否满足要

求，更换后进行再次检查，保证补偿定滑轮处于铅垂状态。

②断线故障后补偿滑绳脱槽。断线后线索在坠坨重力作用下瞬间向两侧弹出,

补偿绳与滑轮不再密贴，可能脱槽后卡滞在滑轮与支架之间，断线后两侧滑轮都

可能出现该问题，如果发现不及时就进行断线抢修，使用3吨手扳葫芦进行紧线

作业，有可能将线索再次拉断，扩大了断线故障范围，影响抢修进度。因此，断

线故障发生后对两侧补偿装置必须提前进行勘察，同时紧线过程中两侧补偿装置

要安排人员盯控，防止紧线过程中发生补偿绳脱槽卡滞，防范再次拉断线索。

（3）补偿装置纳入巡检、检测、检修工作中的关键设备，进行全面整治。

①加强补偿装置巡视检查。巡检过程中携带望远镜或照相机等设备，对补偿

滑轮进行重点检查，观察补偿定滑轮滑道是否倾斜，补偿绳是否偏磨，检查开口

销是否丢失，各部螺栓与弹簧片是否密贴，检查承锚、线锚角钢安装是否达到平

直状态，同时对坠佗进行托举检查，观察补偿装置转动状态是否灵活。

②定期添乘，防范突发故障。巡检每旬一次，温差变化较大时组织添乘检查，

便于及时发现突发脱槽故障，弥补正常巡检时间上的不足。

③定期进行保养。保养是保证补偿设备平稳运行的重要手段，每年利用两次

设备集中整治，对坠佗限制杆涂抹黄油润滑，紧固坠坨抱箍及拉线。

④周期进行检侧。补偿装置每年进行两次检测，建立了记名式检修制度，明

确检修人、互检人，全面检查各部件质量，进行螺栓紧固，调整补偿绳偏磨状态

及承锚、线锚角钢水平状态。

⑤及时进行状态调整。根据补偿装置缺陷严重程度，有计划的进行调整。•

般缺陷纳入问题库管理，结合年度检修计划进行调整，严重缺陷立即组织处理,

保证补偿装置设备质量动态达标。

第三章接触网分段绝缘器故障预防对策

3.1优化分段绝缘器结构

（1）分段绝缘器木体太重

分段绝缘器木体过重一直是接触网系统的一处硬伤，特别在架空柔性接触网

上该现象更为突出。今后可通过先进的材料与机加工技术，在满足机械、电气性

能的要求下尽可能减轻其质量，优化产品结构，减轻分段绝缘器处的接触网硬点。

（2）导流板始触区强度较低

导流板是分段绝缘器与受电弓直接接触的部分，从其现场运营来看，其结构

设计不合理，易造成转角处断裂。可根据现场运营实况，对其结构进行优化设计，

增加弯曲处的材料强度，消除转角处的应力集中。同时，现有分段绝缘器导流板

调节余量较小，从目前分段绝缘器现场运营情况来看，部分导流板在最大调节量

下满足不了现场要求，造成始触区接触线导高比导流板略高，产生撞弓现象。在

刚性接触网中，该现象表现得更为突出，囚此在分段绝缘器的最大弛度下，应加

大导流板可调节余量，使始触区导流板距轨而的高度高十接触线距轨而的高度。

（3）分段绝缘器不可拆卸

加朗分段绝缘器的整体性较强，零部件之间几乎都是“死连接”，但是在日常

检修过程中常会囚小部件出现缺陷（如卞绝缘破损、螺纹滑兹等）导致更换整套

分段绝缘器，造成工作量大并增加运营成木。为此，可在不明显降低分段绝缘器

整体效果的情况下，增加零部件间的可拆除连接力一式，减少工作量及运营成木。

（4）分段绝缘器绝缘距离过大

分段绝缘器的绝缘距离设计值为150mm,在运营中发现分段绝缘器的稳定

性太差，受电弓经过时容易左右摆动，增加了分段绝缘器撞弓以及拉弧现象。后

期，将分段绝缘器的绝缘距离调整至100mm（法国国家标准45mm）,从目前现

场情况来看，其拉弧、撞弓问题得到有效改善。

3.2有针对性的确定分段绝缘器清扫维护周期

对不同使用条件下的分段绝缘器，应根据实际状况确定不同的清扫维护周期。

分段绝缘器的清扫维护周期的确定应依据设备周边的环境污染源性质、污染程度、

货物装卸特点、电力机车整备量和分段绝缘器的历史故障等，及时检查并更换磨

损严重的绝缘滑道。特别对碳粉附着比较严重的分段绝缘器绝缘滑道底部要使用

丙酮进行有效的清扫。

3.3加强日常巡视观测

将分段器列入日常重点巡视的项目，巡视时要格外注意受电弓通过分段绝缘

器的取流情况，观察是否有振动大、拉弧或异常声响等。当检测到分段绝缘器参

数发生变化超标时，应及时按照分段绝缘器调整程序和标准调整。尤其应该注意

以下几点：

（1）绝缘器主绝缘应完好,其表面放电痕迹应不超过有效绝缘长度的20%o

主绝缘严重磨损应及时更换。

（2）当绝缘棒磨?员达2mm时，将绝缘棒旋转1/5,然后紧固螺栓。调整方

法如下：

在绝缘杆的两端有等分标记。使用圆筒扳手夹紧绝缘杆两端金属套筒并按照

标记向同一方向旋转绝缘杆，每一边在同一方向转过相同数量的标记，转动后两

端标记在同一条宜线上。如果在转动过程中使螺丝松动，请及时将螺丝拧紧。绝

缘子可以最多在5个位置使用，绝缘棒旋转5次后，必须更换。滑板应根据行车

密度及行车弓架次定期进行磨耗检查，在20—30万架次后，如果磨耗大于3mm

就需要进行再次的调整。如果磨耗达到了最大值（剩余厚度那么就必

须置换滑板。当5个位置全部磨损或者通过PTFE（聚四氟乙烯）表面的损坏可

以看得到GRP杆，那么绝缘子就必须进行置换。

（3）在相关区段发生短路故障之后，都要对分段绝缘港进行检查。检查受

电弓在通过分段绝缘器时，是否由于设备接地给分段绝缘器造成了损坏。如果发

现烧蚀的痕迹，该部件则必须更换。

3.4拓宽思路，积极创新检修方法

（1）加强机供联控与受电弓联合检