大連軌道交通金州線車輛弓網受流試驗及分析

于延霞 丁 鋒

（大連機車車輛有限公司，116022，大連∥第一作者，高級工程師）

對于一條即將建設的城市軌道交通（以下簡為“城軌”）線路來說，車輛的供電受流方式是首先要考慮的問題。目前，城軌車輛供電受流有第三軌供電受流和架空接觸網受電弓受流兩種形式，選擇時需對這兩種形式進行利弊分析。目前的技術發展及第三軌供電受流的缺點，決定了采用架空接觸網受電弓受流具有很大的優越性。

弓網受流時線路和車輛系統都需要協調弓網關系。受電弓的損壞與接觸網的故障兩者間有時互為因果關系：受電弓的損壞可能造成接觸網的故障，而接觸網的故障或質量原因也可造成受電弓的損壞。因此，通過對受電弓的試驗和實時檢測，有利于協調受電弓及接觸網關系并及時檢修、維護，達到減少弓網故障的目的。為此，大連金州線車輛在金州線進行了弓網受流試驗和檢測。試驗和檢測結果滿足TB／T 1456—2004《鐵路應用－機車車輛－干線機車車輛受電弓特性和試驗》及IEC 60494—2—2002《軌道交通－機車車輛－地鐵與輕軌車輛受電弓特性和試驗》的要求，弓網協調性很好。

1 城軌車輛受流形式比較

第三軌供電系統結構簡單，穩定性較好，遭雷擊率較低，使用壽命長；在安裝、維護上的費用和工作量要低于架空接觸網（相同電壓下），無需配備專用的接觸網系統搶修機械；視覺上污染小，對景觀破壞影響小。但是，第三軌供電系統也存在以下問題：①第三軌系統距地面很近，無法做到全方位的人員接近防護；②電力操作規程所規定的斷電標志（打開斷路器，有明顯的斷路點、掛地線等）在第三軌系統實行存在問題，對日常維護或緊急情況下的旅客疏散造成困難；③第三軌系統在運行軌道岔處留有間隙，形成斷電區，造成電拉弧多，在某些環境下會出現列車中斷運行的情況，需要使用跳線電纜臨時搭接或其他列車救援；④斷電區多造成供電品質差，EMI（電磁干擾）問題突出，降低了信號設備以及通信設備的可靠性；⑤第三軌系統中的絕緣器件由于直流電場的吸附作用和距地面很近等原因容易被污染，而自然風和雨水無法對絕緣器件產生自潔作用，故其需要經常清掃，否則極易發生絕緣子閃絡事故，影響行車；⑥受電靴多，噪聲大，受電靴磨耗大；⑦列車不能隨時脫離電源，緊急情況下不易保證安全，同時也不利于直通運行；⑧由于接觸軌的不連續性，受流器在滑入接觸軌時會受到沖擊，當列車速度過高時，沖擊力較大，嚴重時會損壞受流器，因此，采用接觸軌受流方式時列車的最高運行速度較低。國內第三軌供電的地鐵列車運行極限速度為90km／h。

架空接觸網由于在高空架設，自然風和雨水能對絕緣子產生自潔作用，相對減少了絕緣子的清潔工作量；接觸網架空斷電區少，沒有斷電拉弧；采用接觸網的城軌列車的運行極限速度為140km／h，滿足城軌列車高速運行要求。接觸網供電受流系統也有一些問題，如：由于其作業面較高，運營維護須配備專用的維護檢修車輛；接觸網暴露在地面上的部分影響了城市景觀。

從目前城軌發展趨勢來看，采用架空接觸網受電弓受流的線路越來越多，第三軌受流器受流只在特殊線路環境要求下采用。

大連金州線列車為一動一拖編組，最高運行速度為120km／h，整個線路多為高架線路且為郊區線，因此大連金州線選用架空接觸網受電弓受流形式。

2 城軌車輛弓網受流試驗和檢測的重要性

為保證牽引電流順利流通，受電弓和接觸線之間必須有一定的接觸壓力。弓網實際接觸壓力由以下4部分組成：①靜態接觸壓力——受電弓升弓系統施加于滑板使之向上的垂直力；②動態接觸壓力——由于接觸懸掛存在彈性差異，接觸線在受電弓抬升作用下會產生不同程度的上升，從而使受電弓在運行中上下振動，產生一個與其本身歸算質量相關的上下交變的壓力；③氣動力——受電弓在運行中受空氣流作用產生的一個隨速度增加而迅速增加的力；④受電弓阻尼力——受電弓各關節在升降弓過程中產生的阻力。

弓網接觸壓力可直觀反映受電弓滑板和接觸線間的接觸情況，它必須符合正態分布規律，且只能在一定范圍內波動。弓網接觸壓力太小會增加離線率，太大會使滑板和接觸線間產生較大的機械磨耗。為保證受電弓具有可靠的受流質量，應盡量減小受電弓的歸算質量，增加接觸懸掛的彈性均勻性。另外，滑板的質量和機電性能對受流質量影響很大。

受電弓的損壞與接觸網的故障密不可分。受電弓損壞可能造成接觸網故障，而接觸網故障或質量原因也可造成受電弓損壞。通過對受電弓進行試驗和實時檢測，既可及時準確地發現受電弓故障，也可通過受電弓的打碰痕跡判斷接觸網的運行狀態。這有利于受電弓及接觸網的及時檢修、維護，從而減少弓網故障。

3 大連金州線車輛弓網受流試驗

大連金州線車輛弓網受流試驗包括靜態性能試驗和弓網受流性能試驗。

3.1 受電弓靜態性能試驗

受電弓靜態性能試驗要進行靜態壓力、升降系統檢查、橫向剛度試驗三項。

3.1.1 靜態壓力測試

在車頂安裝專用的試驗支架，用負荷測試傳感器和計算機組成的測力裝置進行測定。受電弓的靜態壓力測試數據見表1。

表1 受電弓的靜態壓力測試數據

由表1可以看出，上升壓力平均最大值為65.02N、最小值為62.92N，下降壓力平均最大值為81.29N、最小值為76.42N，滿足在工作高度范圍內壓力差不大于10N的標準要求；同一高度最大壓力差為16.75N，滿足標準中壓力差不大于18N的要求。因此，試驗符合IEC—60494—2—2002《軌道交通－機車車輛－地鐵與輕軌車輛受電弓特性和試驗》附件B的規定。

3.1.2 升降弓時間特性試驗

在車頂上安裝限位支架，用電秒表測試受電弓在額定壓力的壓縮空氣驅動下的升降弓時間，觀察受電弓的動作狀態。試驗結果為：

（1）平穩升到最高工作高度，無有害的沖擊。

（2）從落弓高度到最高工作高度，受電弓從開始動作到完全升起的時間不大于10s，滿足試驗大綱要求；在工作范圍的任何高度降弓時，降弓起始動作迅速，無有害的沖擊。

3.1.3 橫向剛度試驗

受電弓位于最高高度，在受電弓框架頂端左右兩側分別施加300N的力，測量其兩側的位移。測得左右兩側的橫向剛度位移均為17mm，兩側位移保持均衡，取消力后無永久變形。300N作用力下，受電弓兩側的橫向剛度位移符合IEC—60494—2—2002《軌道交通－機車車輛－地鐵與輕軌車輛受電弓特性和試驗》中小于20mm的規定。

3.2 弓網受流性能試驗

弓網受流性能試驗在大連金州線上進行，可以直接檢測弓網受流情況。試驗包括離線（火花）測定，硬點（受電弓滑板所受的垂向加速度）測試，受電弓滑板運行軌跡（接觸線動態高度）等。因當時金州線條件限制，弓網受流性能試驗只能在80km／h以下進行，所以試驗記錄為80km／h以下速度等級。

3.2.1 離線（火花）測定

在受電弓車頂附近安裝離線（火花）測量儀，測定離線火花發生的地點，統計離線次數。記錄不同車速運行狀態下的數據，考核弓網受流質量。離線次數統計見表2。測試中無一次最大離線時間大于100ms，滿足火花次數不大于1次／160m、一次最大離線時間不大于100ms的要求。

表2 不同速度時的離線情況統計表

3.2.2 硬點（受電弓滑板所受的垂向加速度）測量

在受電弓上安裝硬點測量裝置，測試受電弓運行時所受的沖擊加速度，考核和檢測受電弓運行的安全性。接觸網硬點測試統計見表3。由試驗可知，實際測試的硬點很小，滿足測試垂向加速度不大于490m／s2（50 g）的要求。

表3 接觸網硬點（不同車速下受電弓的垂向沖擊加速度）測試統計 m／s2

3.2.3 受電弓滑板運行軌跡（接觸線動態高度）測量

在車頂安裝激光測距器，動態測量受電弓滑板的運行軌跡，同時測量出接觸線動態最大高度、最小高度以及接觸線一跨內的振動幅度。試驗測試的接觸網高差見表4。

表4 不同車速時的接觸網動態高差 mm

由表4可見，接觸網高差較小，無超過試驗大綱規定的150mm的點，滿足接觸導線最大垂直振幅2A≤150mm的標準要求。

3.2.4 受電弓運行狀態圖像監視

在車頂安裝攝像機，監視弓網運行狀態，并與有關測試數據進行圖像合成。圖像顯示大連金州線弓網受流協調，弓網安全。

弓網受流性能測試數據的統計方法是以接觸網的跨距作為基本統計單位，在每一跨內，分析統計出硬點測試的最大值，接觸線的最大動態高度、最小動態高度和動態高度差，離線（火花）次數和離線時間等。為了掌握全部試驗速度等級和整個試驗區段的弓網受流性能，作出了典型試驗速度（速度級80km／h）下的全程硬點散點圖（見圖1）。從硬點散點圖可以看出大連金州線的硬點高于300m／s2的很少，弓網條件協調。

圖1 全程硬點散點圖（速度級80km／h）

各項試驗數據使用計算機數據采集系統存貯。弓網受流性能試驗數據除用計算機存儲外，還可采用圖像合成技術，將受電弓運行狀態圖像與對應的測試數據合成，錄像保存，便于以后分析。

4 結論

綜上所述，大連金州線車輛弓網受流試驗和檢測結論滿足TB／T 1456—2004《鐵路應用－機車車輛－干線機車車輛受電弓特性和試驗》及IEC 60494—2—2002《軌道交通－機車車輛－地鐵與輕軌車輛受電弓特性和試驗》各項要求，弓網受流狀態穩定，磨耗小，安全性高。

［1］ 馬良驥.受電弓機構綜合及優化設計［D］.成都：西南交通大學，1988.