CN104183339A - 一种新型高速机车车顶高压电气绝缘系统 - Google Patents

Abstract

一种新型机车车顶高压电气绝缘系统，包括受电弓、母线、高压开关、避雷器、互感器等高压电器的棒形柱式、绝缘保护壳体式和套管式复合绝缘子，由端部附件1、伞套3、芯棒4(包括绝缘套管)、绝缘帽5等组成，安装在车顶16上。所述伞套3采用新型高强度和高硬度的复合材料制造，其上下两端的伞裙比中间伞裙大很多，而中间伞裙的倾角要比两端的大很多，所有伞裙的凹面均有多个较深的环状凸缘3d。所述芯棒4在伞套3中间，所述端部附件1安装在芯棒两端。该发明兼具复合材料和玻璃材料绝缘子的综合性技术特点，在静态和动态均有极强的抗固体和液体污染能力，长期使用中不需要清扫维护，高速运行时不变形，适合各种机车的安全、高速运行使用要求。

Description

一种新型高速机车车顶高压电气绝缘系统

技术领域

本发明涉及一种新型高速机车(包括电动车组)车顶高压电气绝缘系统，具体的说是一种采用新型高强度、高硬度的硅橡胶材料制造的包括受电弓、母线、高压开关、避雷器、互感器等高压电器的绝缘支撑用柱式、绝缘保护用壳体式和套管式绝缘子， 

背景技术

中国的电力牵引轨道机车技术和规模虽然已经走在了世界前列，但机车车顶的绝缘安全可靠性问题仍没有完全解决。 

电力机车、电动车组的驱动功率和运行速度的不断提高，使车顶高压电器的绝缘支撑和绝缘保护技术难度越来越大，因污染环境与恶劣气候引发的绝缘失效、击破、破损等恶性事故发生率也越来越频繁。 

为了提高铁路运输的安全可靠性，仅针对车顶绝缘事故防范这一块，中国政府和铁路营运管理部门每年都要推出一系列新的安全防范措施，除了不断加大车顶绝缘清扫和新旧更换的维护力度外，在资金和人力投入方面也逐年创历史新高。 

目前电力机车车顶普遍采用的车顶绝缘子，是根据国际惯例、用普通硅橡胶材料或者环氧树脂材料、参照输电网静态环境运行的复合绝缘子技术、制成的敞开式外绝缘伞套绝缘子，其抗动态污染可靠性很差，导致车顶事故发生率攀高不下。近年虽有采用加大伞倾角和简单下楞结构的车顶绝缘子专利出现，使得抗污染性有所突破，但几乎所有产品在耐综合性污染性方面仍然存在单一性、区域性和局限性，伞套材料更是落后于现实使用要求。 

发明内容

本发明的目的是通过采用新型复合材料技术与新的产品绝缘结构制造技术，制造一类可在严重污染环境与恶劣气候中，能长期运行免维护，确保机车安全高速运行的新型车顶绝缘系统，包括受电弓、母线、高压开关、避雷器、互感器等高压电器的绝缘支撑用绝缘子和绝缘保护壳体类和套管类绝缘子， 

技术方案 

一种新型高速机车车顶高压电气绝缘系统，采用新型复合材料制造的外绝缘伞套，安装在内绝缘芯棒(包括绝缘套管，下同)上，芯棒的两端是端部金属附件。套管类绝缘壳体内安装专用电器元件。 

所述新型复合材料由有机硅树脂、填料、硫化剂、硬化改性剂等材料组成，通过混炼后制成伞裙成品胶材料。新型硅橡胶材料的特点是在保持硅橡胶材料的自洁性特点基础上，增加强度和硬度使其具备陶瓷或者玻璃材料的特点。 

所述外绝缘伞套由顶部防尘大伞裙、底部防闪大伞裙和中段防污小伞裙三种类型组合，其基本结构都是在一个圆筒形绝缘套的中段设置一个具有增爬抗污功能的伞裙，绝缘套的上下端是一个可以互相套接的子口，各伞裙通过子口的套接和胶合后硫化成整体。 

所述顶部防尘大伞裙和底部防闪大伞裙的凹面有多个较深的环状凸缘，通过这一措施降低中段绝缘主体的污染水平。 

所述中段防污伞裙作为抗污染主体，其直径要小于上下两端的伞裙，半截椭圆球体或者大倾角的圆锥体外形具有最大的安息角不但提高了自洁性能，且具有风阻小强度高的作用；凹部较深的环状凸缘对于减少污渍堆积和增加爬电距离非常有效。 

所述顶部防尘大伞裙、底部防闪大伞裙和中段防污小伞裙三种伞裙的结构特点是吸收了陶瓷和玻璃绝缘子超强的抗综合性污染性功能。 

所述内绝缘芯棒采用常用的玻璃纤维引拔棒制造成柱式支持绝缘子。 

所述内绝缘芯棒也可以是绝缘套管制成套管式支持绝缘子。 

所述的绝缘系统合成方法是： 

芯棒或者套管表面绝缘处理 

首先将芯棒或者套管表面打毛后清洗干净，然后在表面均匀涂一层液体硅胶使其固化。 

外绝缘伞套孔内和芯棒界面绝缘处理 

在外绝缘伞套孔内和芯棒表面都均匀涂一层液体硅胶，然后将芯棒立即插进外绝缘伞套孔内使两者形成一个完整绝缘体系。 

在芯棒两端安装端部附件，或者套管内电器元件，产品制造完成。 

该发明具有复合材料绝缘子和玻璃、陶瓷绝缘子的综合性技术特点，在动态和静态均有极强的耐各种污染的性能，长期使用不需要清扫维护，适合所有车顶高压电气系统的绝缘支撑用柱式和绝缘保护系统用套管类绝缘子产品。 

附图说明

附图1是本发明的柱式支持绝缘子总体结构图 

附图2是本发明的柱式支持绝缘子的零件装配结构图 

附图3是本发明的柱式支持绝缘子的零部件结构示意图 

附图4是本发明的柱式支持绝缘子的外绝缘伞套结构示意图 

附图5是本发明的壳体式支持绝缘子结构图，其中附图5A是壳体式绝缘子总体结构图，附图5B是外绝缘伞套和内绝缘套管结构图 

附图6是本发明的套管式绝缘子结构图，其中附图6A套管式绝缘子总体结构图，附图6B是外绝缘伞套和内绝缘套管结构图 

附图标记说明： 

1：底座，1-1：圆筒，1-2：底板，1-2d：安装孔，1-3：环形槽， 

2A：圆上盖，2B：方上盖，2B-1：方形法兰，2-1a：螺纹孔结构，2-1b：孔结构，2-2：圆套，2-3：小套，2-3a：瓣状开口，2-4：圆锥轴， 

3：伞套，3-1：顶部防尘大伞裙，3-2：中段防污小伞裙组，3-3：底部防闪大伞裙，3a：绝缘套，3b：伞裙，3c：子口，3d：环状凸缘， 

4：芯棒，4d：倒圆锥孔，5：绝缘帽，6：安装法兰，7：联接法兰，8：绝缘壳体，8A：外绝缘伞套，8B：内绝缘套管，9：金属外壳，10：线圈，11：高压套管，12：室内绝缘伞套，13：端盖，14：高压导电杆；15：高压电器组件；16：车顶安装座。 

具体实施方式1(棒形柱式绝缘子) 

下面结合附图和实施例对本发明的棒形柱式绝缘子作进一步的描述： 

如附图1所示： 

一种新型高速机车车顶用棒形柱式绝缘子，由底座1、上盖2、伞套3、芯棒4、绝缘帽5组成。所述伞套3采用新型复合材料首先制成顶部防尘大伞裙3-1、底部防闪大伞裙3-3和中段防污小伞裙组3-2三种类型伞裙，然后通过套接固化成整体，套在芯棒4外面，形成抵抗和防止污染失效的外绝缘部分；底座1和上端法兰2分别固定在芯棒4的两端且保护伞套3。 

所述车顶用棒形柱式绝缘子包括受电弓支持绝缘子，母线支持绝缘子，闸刀开关(转换开关)支持绝缘子。 

所述车顶用棒形柱式绝缘子的底座1和上盖2对应于接地端和高压端， 在车顶的安装固定方法是：将底座1与机车车顶的安装孔固定后，上盖2则安装机车车顶高压电器，然后在所有安装螺栓的伸出端拧上绝缘帽5，防止尖端放电。 

所述车顶用棒形柱式绝缘子的绝缘主体既承受复杂多变的动态和静态机械载荷，也要承受各种严重污染和恶劣气候环境中的上下之间高压电场。 

所述底座1由一个圆筒1-1和底板1-2组成，所述圆筒1-1的内径与芯棒4的直径一致，所述底板上的安装孔1-2d与机车安装孔对应；所述圆筒1-1和底板1-2结合处还有一个与底部防闪大伞裙3-3下套尺寸一致的环形槽1-3： 

所述上盖2是安装车顶高压电器的位置，包括圆形上盖2A和方形上盖2B和一个配套的圆锥轴2-4。 

所述圆形上盖2A包括一个圆盖2-2和中心位置的一个小套2-3，圆盖2-2是固定芯棒的位置。圆盖的中心位置是一个螺纹孔2-1a；小套2-3的端部做成瓣状开口套2-3a。 

所述方形上盖2B的上端是一个有2或者4个通孔2-1b的法兰方形法兰2B-1，下端结构与圆形上盖完全一致。 

所述圆锥轴2-4包括一个圆柱体2-4a和一个圆锥体2-4b，圆柱体2-4a直径等于小套2-3内径。圆锥轴2-4插进小套2-3后可以将瓣状开口套2-3a扩大成瓣状倒锥体。 

所述内绝缘芯棒4采用通用的玻璃纤维引拔棒制造，芯棒上端的中心有一个内大外小的倒圆锥孔4d，其深度与小套2-3的长度一致。 

所述伞套3包括顶部防尘大伞裙3-1、底部防闪大伞裙3-3和中段防污小伞裙组3-2三个部分，通过各自的子口3c互相套接胶合后硫化成整体。 

所述顶部防尘大伞裙3-1包括直径较大的伞裙3-1a，绝缘套3-1b。伞裙3-1a的倾角较小，直径较大，凹面有包括裙边在内的多个较深的环状凸缘3d。绝缘套3-1b在伞裙3-1a的中心，下端有一个凹形子口3c-1。 

所述中段防污伞裙3-2包括直径较小、外形为半截椭圆球体或者倾斜角度很大的圆锥体状伞裙3-2a和绝缘套3-2b；绝缘套3-2b在伞裙3-2a的中心，上端有一个凸形子口3c-2，下端有一个凹形子口3c-1；伞裙3-2a的凹部有个较深的环状凸缘3d。 

底部防闪大伞裙3-3包括直径较大的伞裙3-3a和绝缘套3-3b。伞裙3-3a的倾角较小，直径较大，凹面有包括裙边在内的多个较深的环状凸缘3d。绝缘套3-3b为大小两段组成，小套3-3b-1在伞裙3-3a的上端，形状和尺寸与中段防污伞裙3-2相同；大套3-3b-2在伞裙3-3a的下端，其作用是将底座1的圆筒1-1部分完全包覆，防止底座1放电。 

所述上盖2与芯棒4的安装方法是，首先在芯棒4的倒锥孔4d内浇注胶黏剂，将锥销2-4的圆柱体2-4a插进小套2-3的瓣状开口套2-3a内定位后，将小套2-3插进进芯棒4的倒锥孔4d里；将上盖2的圆套2-2套在芯棒的端部，加压后锥销2-4的椎体2-4b被挤进小套2-3的孔里将瓣状开口套2-3a扩大，胶粘剂也同时从底部挤压充盈整个倒锥孔内缝隙，固化以后即可形成整体。 

具体实施方式2(绝缘壳体式绝缘子) 

下面结合附图5和实施例对本发明的绝缘壳体式绝缘子作进一步的描述： 

如附图5A所示： 

所述一种机车车顶用于避雷器、真空开关等高压电器的绝缘支持和保护用的绝缘壳体式绝缘子，由底部安装法兰6、顶端联接法兰7、绝缘壳体8、 绝缘帽5组成。安装法兰6和联接法兰7分别固定在绝缘壳体8的两端。 

所述壳体式绝缘子的绝缘主体8由外绝缘伞套8A和内绝缘套管8B组成，既承受复杂多变的动态和静态机械载荷，也要承受各种严重污染和恶劣气候环境中的上下之间高压电场，保护着套管内高压电器组件15的正常工作。 

所述外绝缘伞套8A，其材料、结构、制造方法和抗污染作用同柱式支持绝缘子的伞套3相同。 

所述内绝缘套管8B作为绝缘壳体的内绝缘主体，采用通用的高强度玻璃纤维浸渍胶黏剂制造，以供安装高压电器元件。 

所述安装法兰6是与机车顶部安装固定和接地端；联接法兰7是外接高压电源连接端。 

具体实施方式3(绝缘套管式绝缘子) 

下面结合附图6和实施例对本发明的绝缘套管式绝缘子作进一步的描述： 

如附图6A所示： 

所述一种新型高速机机车车顶用高压互感器、穿墙套管类高压套管式绝缘子，由上绝缘伞套3、绝缘帽5、金属外壳9、线圈10、内绝缘套管11、下绝缘伞套12、端盖13、高压导电杆14等组成。 

所述线圈10是监测和计量电气元件，安装在金属外壳9内。 

所述金属外壳9与车体安装固定，上端的伞套3部分暴露在机车车体室外，形成抵抗和防止室外污染的外绝缘部分；下端的室内绝缘伞套12在机车车体室内，以增加室内绝缘体的爬电距离； 

所述导电杆14安装在高压套管11的中心，通过两端的端盖13固定。 

所述导电杆14的上端接入高压电源，下端接通车体内电气系统， 

所述绝缘帽5安装在金属外壳9的安装联接螺栓上。 

所述高压套管11采用高强度玻璃纤维浸渍胶黏剂制造(见附图6B)。 

所述上绝缘伞套3和下绝缘伞套12，其材料、结构、制造方法和抗污染作用同柱式支持绝缘子的伞套3相同(见附图6B)。 

所述安装法兰6和联接法兰7分别是产品的接地端和高压端。 

所述套管式支持绝缘子的绝缘主体既承受复杂多变的动态和静态机械载荷，也要承受各种严重污染和恶劣气候环境中的上下之间高压电场，保护着套管内的高压电器正常工作。 

具体实施方式4(新型复合材料) 

下面对所述新型复合材料的配方说明如下： 

所述新型复合材料由高温硫化硅橡胶HTV-2为主体，加入20～30％的热固性树脂胶黏剂，10～20％的无碱短切玻璃纤维，5～15％的聚乙烯醇缩醛进行改性而成； 

所述新型复合材料由高温硫化硅橡胶HTV-2为主体，也可以是加入20～40％的热固性模压塑料，5～15％的聚乙烯醇缩醛进行改性而成； 

所述热固性模压塑料包括：(1)电气型不饱和聚酯树脂模压塑料(DMC或者SMC)；(2)环氧树脂模压塑料；(3)有机硅模压塑料；(4)酚醛树脂模压塑料；(5)其他热固性模压塑料或者由这些材料改性的模压塑料。 

所述的热固性塑料既包括这些材料中含短切玻璃纤维的模塑料，也包括不含有短切玻璃纤维的模压塑料。 

所述热固性树脂胶黏剂包括由以下热固性树脂与对应固化剂、填料等配置的胶粘剂：(1)不饱和聚酯树脂；(2)环氧树脂；(3)有机硅树脂；(4)酚醛树脂；(5)其他热固性树脂或者这些树脂材料改性的胶黏剂。 

Claims (17)

1.一种新型高速机车车顶高压电气用绝缘系统，包括用于受电弓，母线，闸刀开关(转换开关)绝缘支撑用的棒形柱式复合绝缘子和避雷器、互感器、真空开关等高压电器的绝缘支持和保护用的绝缘壳体式和绝缘套管式复合绝缘子，主要由新型复合材料的外绝缘伞套、内绝缘芯棒(包括绝缘套管)、端部附件等组成。 

2.根据权利要求1所述棒形柱式复合绝缘子，由底座1、上盖2、伞套3、芯棒4、绝缘帽5等组成，底座1和上端法兰2分别固定在芯棒4的两端且保护伞套3。 

3.根据权利要求2所述伞套3采用新型复合材料首先制成顶部防尘大伞裙3-1、底部防闪大伞裙3-3和中段防污小伞裙组3-2三种类型伞裙，然后通过套接固化成整体，套在芯棒4外面，形成抵抗和防止污染失效的外绝缘部分。 

4.根据权利要求2所述底座1由一个圆筒1-1和底板1-2组成，所述圆筒1-1的内径与芯棒4的直径一致，所述底板上的安装孔1-2d与机车安装孔对应；所述圆筒1-1和底板1-2结合处还有一个与底部防闪大伞裙3-3下套尺寸一致的环形槽1-3。 

5.根据权利要求2所述上盖2是安装车顶高压电器的位置，包括圆形上盖2A和方形上盖2B和一个配套的圆锥轴2-4。 

6.根据权利要求2和权利要求5所述圆形上盖2A，包括一个圆盖2-2和中心位置的一个小套2-3，圆盖2-2是固定芯棒的位置。圆盖的中心位置是一个螺纹孔2-1a；小套2-3的端部做成瓣状开口套2-3a。 

7.根据权利要求5所述圆锥轴2-4包括一个圆柱体2-4a和一个圆锥体2-4b，圆柱体2-4a直径等于小套2-3内径。圆锥轴2-4插进小套2-3后可以将瓣状开口套2-3a扩大成瓣状倒锥体。 

8.根据权利要求2所述伞套3包括顶部防尘大伞裙3-1、底部防闪大伞裙3-3 和中段防污小伞裙组3-2三个部分，通过各自的子口3c互相套接胶合后硫化成整体。 

9.根据权利要求2和权利要求8所述顶部防尘大伞裙3-1，包括直径较大的伞裙3-1a，绝缘套3-1b。伞裙3-1a的倾角较小，直径较大，凹面有包括裙边在内的多个较深的环状凸缘3d。绝缘套3-1b在伞裙3-1a的中心，下端有一个凹形子口3c-1。 

10.根据权利要求2和权利要求8所述中段防污伞裙3-2，包括直径较小、外形为半截椭圆球体或者倾斜角度很大的圆锥体状伞裙3-2a和绝缘套3-2b；绝缘套3-2b在伞裙3-2a的中心，上端有一个凸形子口3c-2，下端有一个凹形子口3c-1；伞裙3-2a的凹部有个较深的环状凸缘3d。 

11.根据权利要求2和权利要求8所述底部防闪大伞裙3-3，包括直径较大的伞裙3-3a和绝缘套3-3b。伞裙3-3a的倾角较小，直径较大，凹面有包括裙边在内的多个较深的环状凸缘3d。绝缘套3-3b为大小两段组成，小套3-3b-1在伞裙3-3a的上端，形状和尺寸与中段防污伞裙3-2相同；大套3-3b-2在伞裙3-3a的下端，其作用是将底座1的圆筒1-1部分完全包覆，防止底座1放电。 

12.根据权利要求1所述绝缘壳体式和套管式复合绝缘子，其外绝缘伞套的材料、结构、工艺、抗污染特性，均与权利要求2、权利要求8、9、10、11所述棒形柱式复合绝缘子的外绝缘伞套一致。 

13.根据权利要求1所述新型复合材料由高温硫化硅橡胶HTV-2为主体，加入20～30％的热固性树脂胶黏剂，10～20％的无碱短切玻璃纤维，5～15％的聚乙烯醇缩醛进行改性。 

14.根据权利要求13所述新型复合材料由高温硫化硅橡胶HTV-2为主体，也可以是加入20～40％的热固性模压塑料，5～15％的聚乙烯醇缩醛进行改性。 

15.根据权利要求13所述热固性模压塑料包括：(1)电气型不饱和聚酯树脂模压塑料(DMC或者SMC)；(2)环氧树脂模压塑料；(3)有机硅模压塑料；(4)酚醛树脂模压塑料；(5)其他热固性模压塑料或者由这些材料改性的模压塑料。 

16.根据权利要求13和权利要求15所述的热固性塑料既包括这些材料中含短切玻璃纤维的模塑料，也包括不含有短切玻璃纤维的模压塑料。 

17.根据权利要求13所述热固性树脂胶黏剂包括由以下热固性树脂与对应固化剂、填料等配置的胶粘剂：(1)不饱和聚酯树脂；(2)环氧树脂；(3)有机硅树脂；(4)酚醛树脂；(5)其他热固性树脂或者这些树脂材料改性的胶黏剂。