地铁接触网弓网磨耗原因分析

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摘要目前，全国大部分地铁地下线路采用架空刚性接触网，地上线路采用架空柔性接触网。这种接触网模式的优越性得到了较充分的体现，但是刚性接触网的弹性较差造成接触线局部磨耗较快，受电弓碳滑板出现了不规则磨耗等。柔性接触网弹性较好，但是线岔处由于非支抬高不够，容易造成受电弓羊角磨损等现象。为了保障地铁的安全可靠运营，另外为了延长弓网的寿命与安全，笔者在实际的施工及运营中，积累了一定数量的测验、研究和实际操作，为这些问题提出一些解决措施，希望就有关地铁接触网运营中进一步提高弓网关系有所启发。 关键词 接触网不规则磨耗弓网关系

中图分类号：C35文献标识码： A

0 引言郑州地铁1号线一期工程起于西流湖站，止于市体育中心站，地下线路总长26.2km,于2013年12月28日建成通车，地上线路采用柔性悬挂接触网，地下区段全部采用“π”型结构架空式刚性接触网。此线路投入前，运行中受电弓出现一些问题，如接触网拉出值230mm地方磨耗严重，受电弓羊角处出现磨痕，为了弄清楚造成这些问题的原因和解决办法，笔者进行了大量的观察、测试和分析，希望对解决地铁接触网运行中存在的问题有所帮助和启发。

1 存在的问题以及影响1.1 接触悬挂与受电弓碳滑板存在的问题郑州地铁运行将近1年的时间，整体情况良好，基本上没有出现影响开车的事故，但是在前期试运行过程中，接触悬挂的接触线和受电弓碳滑板主要存在以下问题：1.1.1 接触线有磨耗不均匀现象,在列车的加速区段，接触线磨耗较快，且工作面不光滑，主要表现在：

（1）关节非支、线岔处；（2）曲线弯道处；（3）汇流排中间接头处；

（4）膨胀元器件中间接头处；

（5）分段绝缘器处；（6）出站处的刚性悬挂接触线；在列车通过以上区段，接触线磨耗较快，工作面有凹凸不平的现象和有电弧烧损的痕迹。 1.1.2 磨损之后的电弓碳滑板的工作面的形状有凹凸不平现象，且在距受电弓中心约230mm处有较深凹槽出现。1.2 造成的影响1.2.1 接触线磨耗不均匀对运营的影响（1）弓网关系变差。受电弓与接触线在运行中，由于滑动的接触使得接触线磨耗不均匀，导致接触线的工作面不平滑，受电弓与接触线之间的接触压力会发生较大的变化，这样，接触线与受电弓之间容易出现火花，甚至会产生拉弧现象。这种弓网之间的火花或拉弧会给牵引供电系统（接触网、变电设备）和电力机车留下不利的影响。（2）接触线的更换周期缩短增加了运营维修成本。刚性接触悬挂的更换是在接触线被磨耗至汇流排的时候，但如大部分的接触线还完全没有被磨耗到接近汇流排然而局部磨耗严重，某个点或区段的接触线却被发现达到汇流排或已经达到接触线的预计寿命，这个时候要采取的解决方法是室内更换局部或者整个接触线的锚段（一个不带温度补偿装置的锚段长约250m），下表将表示出这两种换线方式的优缺点及其对运营的影响。1.2.2受电弓工作面的形状不规则对运营的影响（1）离线现象是指由于列车运行时弓网之间接触压力或高或低，随着速度的提高最终可能瞬时分离受电弓与接触线，使其产生跳跃式接触。这种现象会导致的问题有：a、增大增多弓网间的火花，及其可能造成受电弓与接触网之间拉弧，而且这种情况在列车加速区段是十分严重，因此不仅更加磨损消耗接触线与受电弓碳滑板间的电气而且烧损接触线与受电弓的碳滑板；b、会导致接触线的磨耗不均匀，电弓碳滑板的磨耗增加及其工作面不平整情况；c、出现不利于牵引变电设备的工作条件及降低机车的受流质量。 （2）受电弓工作面不规则会增加扩大接触网与受电弓的横向振动或摆动的幅度，这样的横向摆动的情况在柔性接触网十分的明显。接触网的供电条件变差就是由于其稳定性在接触网的横向振动或摆动增大所造成的。 （3）受电弓的羊角通过线岔时，由于始触点发生了变化而被刮伤。 （4）受电弓通过分段绝缘器时可能烧损导滑板和受电弓碳滑板。因为多数情况下，特别是在受电弓碳滑板过分段绝缘器的绝缘间隙的时候无法与分段绝缘器的导滑板接触，从而导致分段绝缘器两侧供电分区的导滑板拉弧。2 原因分析2.1 受电弓工作面不规则的原因分析受电弓工作表面不规则的形状，直接导致受电弓碳滑板磨损出现凹凸不平的形状不规则的原因是刚性接触悬挂布置成正弦波形，最大拉出值为200±50mm，使接触线偏移值相对于受电弓的配送中心分布密度分布成波纹状，必然造成碳滑板在长时间的弓网接触摩擦，显示一个不平滑的不规则形状。2.2 接触线磨耗不均匀的原因分析火车加速段接触线很大程度上消耗和磨损了接触网，侵蚀电弧，因为这些地区一般在或接近火车站，这个位置是在加速阶段，大型车辆加速摆动，弓网振动，电流在弓网间很大，弓网接触处，接触线升温，接触线易软化，加上受电弓是不平滑的，列车运行在接触压力的变化产生的火花或电弧将可能拉伤接触线，因此，这部分的接触线磨耗速度会加快，容易导致接触线的工作表面出现凹凸不平的现象。2.2.1 刚性悬挂关节、线岔非支处接触线的异常磨耗所造成的原因主要有三个：一是非支的抬高量不够，一般要求为1～4mm；二是关节与线岔的布置出现偏差，拉出值选择不当；三是没有考虑到轨道线路的线岔、弯道、及车体抖动对弓网关系造成的影响。柔性悬挂关节、线岔非支处接触网的异常磨耗所造成的原因主要有三个：2.2.2 刚性区间大弯道处出现磨耗增大造成的主要原因为拉出值的选择，一般选择为最大拉出值，这样接触线的布置正好处于受电弓凹槽过渡线。2.2.3 刚性汇流排中间接头处异常磨耗所造成的原因主要有两个：一是汇流排中间接头处安装导高过低，形成刚性悬挂上的硬点，受电弓通过时出现过大的冲出力，加速接触线磨耗；二是安装时汇流排接头正好处于刚性悬挂点1m范围内，悬挂点的导高与跨中导高的变化率过大，加速磨耗。2.2.4 刚性分段绝缘器处的异常磨耗主要原因为分段绝缘器安装拉出值的布置与产品型号的选择，分段绝缘器本体过大，两边导流板正好出现在受电弓凹槽过渡线，很容易出现打弓或只有一侧导流板与受电弓可靠接触。2.2.5 出站处的刚性悬挂接触线，出站处列车在此地段处于加速阶段，车辆晃动较大，加速了受电弓的振动，且弓网间流过的电流很大，弓网接触处，接触线升温软化接触线，加之受电弓的凹凸不平，在列车运行中接触压力发生变化，使得该区段容易产生火花，甚至拉弧，接触线容易被电弧拉伤，因此，此区段的接触线的磨耗速度会加快，且易出现接触线工作面的凹凸不平的现象。3 解决方法刚性接触悬挂接触线的不均匀磨耗、受电弓碳滑板凹凸不平的形状，不利于运营，且接触线不均匀磨耗和受电弓碳滑板的凹凸不平的形状相互来回恶性循环，换句话说，接触线相对于受电弓中心的偏移值分布不合理会造成碳滑板的凹凸不平，碳滑板的凹凸不平会造成接触线的不均匀磨耗，长此以往，碳滑板的凹凸状况更加显现，接触线的不均匀磨耗也越来越厉害。对于运营部门来说，不遏止这种现象将无法确保安全的运营。3.1 优化接触网的弹性性能现在国外已经就如何增加接触网的弹性进行了研究，一般采用将悬挂螺杆改为弹性螺杆、定位线夹采用弹性线夹等，但这是国外的一些专利技术，目前引进还有一定的困难。在其他兄弟地铁中，如广州地铁、上海地铁，开始试用一种新型的弹性绝缘子，以改善接触网的弹性，我们将会进一步关注此项新技术在兄弟地铁的试用情况，如效果较好，可以考虑引进此项技术，以提高接触网的弹性性能。3.2 调整接触线的偏移拉出值对于既有线路，最有效的解决办法是：使接触线相对于受电弓中心分布密度符合正态分布规律，或基本符合正态分布规律，这就需要重新调整的偏移值，但由于各种原因加大了调整的难度，这里就这个情况提出了以下措施：

（1）直线区段的拉出值调整为200mm±10mm，曲线段的拉出值为230mm±20mm，同时相邻悬挂点的拉出值的变化不能超过50mm，分布要均匀，仍然为正弦波布置，在站台区的锚段可设置为一个半波。（2）刚性关节、线岔及绝缘分段器的拉出值严格安照设计要求进行布置,误差为20mm，单开道岔,悬挂点的拉出值距正线汇流排中心线一般为200mm，允许误差±20mm。交叉渡线道岔处的线岔，在交叉渡线处两线路中心的交叉点处，两支悬挂的汇流排中心线分别距交叉点100mm，允许误差±20mm 。分段绝缘器的安装位置（无论是在直线或是曲线上），与接触线的拉出值应为零。相对轨道中心线而言，接触线最大允许拉出值误差范围为±10mm。

（3）刚性悬挂关节、线岔处非支抬高量根据下方线路类型的不同选择一定的抬高量，一般线岔处在受电弓可能同时接触两支接触线范围内的两支接触线应等高，在受电弓始触点处，折返线与正线之间线岔处渡线接触线比正线接触线抬高1～4mm，其它线岔处，渡线接触线应比正线接触线高出3～6mm；在受电弓双向通过时应平滑无撞击及不应出现固定拉弧点 。（4）对于汇流排中间接头安装位置与过低的问题应该解决于接触网设备的安装初期，严控施工单位的工程质量，杜绝汇流排中间接头安装于悬挂点1m范围以内；运营初期要及时跟踪巡查中间接头处接触线的磨耗情况，对磨耗大的要重新调整汇流排的中间接头。（5）加强接触网的巡视检查。发现接触线被磨耗的非常严重时，及时进行局部或整个锚段更换接触线。3.3电客车受电弓的检查电客车受电弓的定期检查、调整也与弓网关系有着密切的联系，车辆专业要定期检查受电弓的抬升力，检查受电弓碳滑条的磨损情况，做到定期更换，定期打磨受电弓碳滑条表面。4结语

综上所述，我们可以做出以下结论：

郑州地铁接触网拉出值230mm地方磨耗严重，受电弓滑板中部出现沟槽与部分区段接触线的布置有关。由于地铁线路曲线多、曲线半径小，部分区段接触线的拉出值较小，造成接触线在这些区段内只与受电弓滑板在局部接触滑动，后果是受电弓滑板局部机械磨耗严重,局部取流引起的高温导致滑板龟裂。

（2）受电弓羊角处出现磨痕是由于在受电弓通过线岔处时会遇到从诱导角处进入的接触线磨擦，地铁列车的受电弓与接触线接触压力为120N时，受电弓对简单悬挂接触线的抬高量较大，在受电弓通过线岔处时，引起的两支接触线的高差也变大，这就造成受电弓诱导角磨损位置较低，磨损情况也比较严重

所以说架空接触网弓网之间要保持良好的磨耗，就必须保证良好的弓网关系，以上结合郑州地铁一号线运行情况分别从接触网与受电弓的状态两个方面进行了分析，同时在其他地铁接触网运行中进行了实施，取得了良好的成果。

参考文献：[1]朱飞雄.接触网合理化施工组织.铁道工程学报.1994（1）：19—22.[2]刘鹏宇.轨道电气特性仿真方法研究.城市轨道交通研究.2011年第12期.[3]中华人民共和国建设部.地铁设计规范[m].中国计划出版社.2003年5月30日.[4]于万聚.接触网设计及检测原理.中国铁道出版社.1991：269-345.

[5]谭东华.架空刚性悬挂弓网磨耗异常的分析与解决办法.电气化铁道.2007年第1期.