一种电力机车车顶的母线支柱和受电弓支柱瓷质绝缘子的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力机车的绝缘方法及部件装置，尤其是一种电力机车车顶绝缘 子绝缘方法及瓷质绝缘子，主要用于电力机车的车顶绝缘系统中。
【背景技术】
[0002] 在电力系统中，用于支撑和悬挂高压导体的固体绝缘材料称为绝缘子，电力机车 车顶上的绝缘子是指支撑受电弓从电动车辆从接触网接触导线上受取电流的一种绝缘子。 电力机车车顶绝缘子是电力机车、电动车辆绝缘性能的主要保障，经数据统计，电力机车因 绝缘降低等造成的机车故障率占各类故障的25%以上，而作为承受高电压的车顶绝缘子， 在每年季节性变化中故障频发，往往是在某个区域出现大面积的电力机车车顶绝缘子爬电 或击穿现象，造成变电所跳闸，给铁路安全运输带来很大的影响和危害；除此之外，故障发 生后，在原因分析上无法给出准确的判定。
[0003] 目前电力机车绝缘子的各项性能中，对绝缘子闪络性能影响最大的是绝缘子工频 污耐受电压。其原因是在冬季大雾天气，绝缘子表面凝结有水和灰尘，盐分等污染物，绝缘 子表面很潮湿，绝缘状态与工频污耐受电压试验情况接近或超过试验中的条件，造成绝缘 子耐受电压能力下降，最终形成绝缘闪络击穿。雾闪造成的危害很大，尤其是最近的雾霾天 气，霾里面有很多带电离子，还有很多烟尘微粒，在高压的情况下，绝缘子就会被击穿，导致 "雾闪"发生。雾闪也称为污闪，主要是由于绝缘子太脏而造成的故障，电瓷瓶上积存污垢 后，对电线表面形成腐蚀，遇到浓雾后，水分太重，就会形成导电通道，击穿瓷瓶，闪断后造 成线路中断。雾闪现象常常会影响到电力机车停运、工厂停产、市民生活断电等等。不仅仅 是动车，普通列车在运行中，一旦绝缘子上灰尘较多，在大雾天气也容易产生雾闪。
[0004] 今年春运就有因为机车受电弓支撑绝缘子发生污闪而造成接触网停电，影响客车 运行。而当前形势下，客车的安全是重中之重。因此防止雾闪是很迫切也是现实急需解决 的问题。而当前各个铁路局针对受电弓支撑绝缘子只有被动的应对方法，只是在机车出库 前清洗受电弓支撑绝缘子。而不能在机车运行中也保证其清洁度，从而在阴霾天气和大雾、 小雨、露、溶雪、溶冰等恶劣气象条件下以及运行区间飞尘污染大等特殊情况下，没法避免 发生污闪。目前也没有能保证运行期间清洗的设备。所以研制受电弓支撑绝缘子运行期间 清洗装置不仅很符合铁路当前需要，而且可以间接直接创造数千万的经济效益。至今国内 外没有防止电力机车受电弓支撑绝缘子雾闪的有效方法及装置。
[0005] 瓷质绝缘子属于目前电力系统应用最为广泛的一种绝缘子，高压瓷质绝缘子是由 石英、长石、粘土和氧化铝焙烧而成。陶瓷是一种脆性材料，它的抗压强度比抗拉强度大得 多。为了使电瓷有较高的机械强度，一般在设计时应尽可能使瓷承受压应力。瓷件表面通 常以瓷釉覆盖，以提高其机械强度，防水浸润，增加表面光滑度。为提高瓷绝缘子的耐污闪 性能，目前还有一种覆盖半导体釉的绝缘子。当绝缘子表面泄漏电流增大时，釉面发热使表 面水分蒸发，从而阻止表面局部电弧的产生与发展，遏制污闪的发生。瓷质绝缘子的特点是 机械性能、电气性能良好，产品种类齐全，使用范围广。缺点是在污秽潮湿情况下，绝缘子在 工频电压作用时绝缘性能急剧下降，常产生局部电弧，严重时会发生闪络；绝缘子串或单个 绝缘子的分布电压不均匀，在电场集中的部位常发生电晕，产生无线电干扰，并容易导致瓷 体老化。
[0006] 瓷质绝缘子在电力机车上应用也十分普遍，常年运行在户外的电力机车车顶电瓷 绝缘子必须长期面对各种大气环境的侵袭，承受各种过电压的冲击。大雨可能导致雨闪，覆 冰可能导致冰闪，雷击过电压可能导致雷闪，操作过电压可能导致操作闪络。另外，绝缘子 表面在运行过程中不可避免地会积聚一定的不溶性物质（统称为污秽物），当遇到高湿度 天气时，这些污秽物产生污闪。因此电力机车车顶绝缘子闪络的类型主要有污闪、雨闪、冰 闪、雷闪和操作闪络。同时，车顶绝缘子在运行时受污染是不可避免的，其常见的污染源有： 电力机车受电弓滑板磨耗粉末（碳粉或粉末冶金粉末）、工业粉尘和盐雾等。由于污闪事故 的发生面较大，重合闸成功率较低，往往会造成长时间停电，对电力机车安全正点运行造成 严重威胁，因此避免污闪事故的直接措施就是尽可能地提高绝缘子的耐污闪性能。在绝缘 子发生闪络中，污闪的危害最大，也最常见。一般雷闪约占外绝缘闪络的70- 80%，但污闪 造成的损失却是雷闪的近10倍。针对上述现状采取的主要措施是改进瓷绝缘子的结构形 式（由针式改为棒式），并在伞裙下面设置沟槽以加大爬电距离。另外，也有采用在瓷绝缘 子表面涂RTV或在边缘粘贴一圈硅橡胶增爬裙的。然而，由于传统方法生产的瓷绝缘子自 清洁性差，表面的亲水性为大面积水膜提供了最好的前提条件，人工清污也不易去除，因此 还是未能从根本上解决污闪问题。近年来的运行经验表明，铁路的运用环境有了新的变化， 面临着高速、低温、盐雾、覆冰和重污染及振动是其显著的特征。仍有大量的绝缘子闪络跳 闸事故发生，而且随着速度的提高故障趋于频繁和严重。根据分析之所以会出现上述一些 情况，原因有以下几点： 一是瓷质绝缘子材质密度小分散性大。现有瓷质绝缘子化学成份Ai2O3含量为40~50%， 瓷质配方中Ai2〇3含量是从锻烧铝钒土中获得，细度为200~320目，这种铝钒土不仅含有 1. 5%以上Fe203、4%以上的TiO2，而且烧结不完全、锻烧温度不一致、细度不同，真比重只有 3. 60以下，电瓷原料中加入这种锻烧铝钒土，虽然可以提高机械强度，但是杂质多、纯度低、 密度小，显微镜显示微裂多、微熔洞多，吸水率高，因而绝缘性能差，机械强度分散性大，尤 其是耐急冷急热性能差，容易炸裂； 二是瓷质绝缘子，包括硅橡胶质和复合材质的电力机车车顶绝缘子冬春季节经常出现 闪络事故。采用园形结构的绝缘子用于电力机车车顶作用于绝缘，这是人们的通常思维，也 是传统工艺，园形绝缘子在电力机车前进时绝缘子尾部将形成三角形空气屏幕区，即污染 物生存区，这里易藏灰尘，在各种环境下运行时受污染是不可避免的，当这些污染灰尘沉积 在绝缘子表面，在冰雾、雪霜、高速、低温、雾霾、覆冰、风暴、大雨和重污染环境时，容易出现 污闪、雨闪、冰闪、雷闪和操作闪络； 三是瓷质、硅橡胶质和复合材质的电力机车车顶绝缘子表面均无自洁能力。具有亲水 性没有自洁能力，污秽容易沉积，当遇大雾、冰霜天气时绝缘子表面沉积物结成冰柱体，出 现这一情况时车顶绝缘子连成冰柱体中存在硫酸盐类等污物及大量金属氧化物而致导电 闪络断电； 四是使用寿命短，维持费用高。无论是瓷质、硅橡胶质和复合材质的电力机车车顶绝缘 子，使用寿命均不长，如果三年~五年更换一次，目前全国拥有电力机车约9000台，更换一 台按30万元计算，9000X 30=27亿元。冬春季节人工清洗按150天，每出车一天24小时清 洗一次，出车率按40%计算，每次人工及材料费按600元算，则：9000 X 40%X 150 X 600=3. 24 亿元。喷涂憎水性涂料全年按一次计算，每台人工费及材料费按5000元计算，每年需 9000X 5000=4500万元。每年仅维持费高达3. 69亿元。
[0007] 通过检索未发现直接与本发明相同的专利文献报道，与本发明相关的专利主要有 以下几个： 1、专利号为CN200720169632，名称为"一种流线型电力机车用绝缘子"的发明专利，该 专利公开了一种流线型电力机车用绝缘子，其伞裙和立柱均为流线形结构，安装尺寸和为 了加强强度所采取的措施和现有机车绝缘子类似。本实用新型所采用的技术方案特征是： 绝缘子包括完全相同的大伞裙（3)和（7)、主体立柱（2)、完全相同的小伞裙（4)和（5)及 (6)、底座⑶；主体立柱⑵上安装嵌件⑴下有安装孔（9)。
[0008] 2、专利号为CN201020154425,名称为"电气化铁道接触网用棒型瓷绝缘子"的发明 专利，该专利公开了一种电气化铁道接触网用棒型瓷绝缘子，包括瓷件、上钢帽和下钢帽， 所述上钢帽和下钢帽利用水泥胶合剂分别固定在瓷件的上下两端，上钢帽和下钢帽与瓷件 的接触端面之间分别夹置垫片，所述瓷件采用耐污性能优良的伞裙结构和不可击穿的实心 瓷体，所述上钢帽安装有紧固端部附件的固定装置。
[0009] 3、专利号为CN201310447447. 9,名称为"一种耐污型瓷绝缘子"的发明专利，该专 利公开了一种耐污型瓷绝缘子，包括瓷绝缘本体，其特征在于，所述瓷绝缘本体的化学成分 及重量百分比为：二氧化娃40-50%、氧化错3