剛性接觸網可斷開式接頭裝置改進研究

賈琨++趙帥帥

摘 要：分析接觸網可斷開式接頭裝置作為新應用在推廣中存在的問題，收集實際運行過程中的數據參數，總結分析故障產生的規律，提出解決結構硬點、不均勻磨耗、電化學腐蝕等諸問題的研究方向。并組織實施現場試驗，并通過大量實驗數據總結出經驗，為目前杭州地鐵1、2號線已安裝的接頭裝置的技術改造提供方案。并指導生產廠家采用新型可斷開接頭裝置結構替換原結構設計，作為實用新型改進淘汰原產品設計。為保障地鐵供電安全可靠提供了有力支持。

關鍵詞：可斷開裝置 接觸網硬點 電弧 改進

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0029-02

剛性接觸網可斷開式匯流排接頭裝置，屬于軌道交通技術領域的新型應用發明。它解決了現有剛性接觸網系統在需要關閉防淹門或人防門時：小錨段匯流排、外包接頭匯流排等傳統方式操作費時、費力，安全性能低等技術問題（如圖1）。

當需要關閉防淹門時，通過B端電機驅動或機械滑輪聯動使B接頭連接段沿錨段方向水平移動，導致水平移動接頭與連接段脫開，連接段在A端旋轉軸的限制下垂落至A端下部，實現接觸網斷開。該方式即可人工就地操作，也可實現車控室遠程操作。

該產品首先在杭州地鐵1號線下沙西站防淹門處運行試驗2000小時成功。在杭州地鐵、西安地鐵等穿過江、河水域兩端推廣使用。同其他新研發產品一樣：作為一項新技術必然存在很多不足和需要改進的問題。

2013年杭州地鐵1號線近江-江陵路上行區間接觸網可斷開式裝置故障，一列行駛在近江-江陵路上行區間的列車在錢塘江江底隧道內拋錨，車上113名乘客被緊急疏散出站，同時有25列車受到事故影響，造成48分鐘延誤。此次設備故障影響運營，引發社會輿論對開通不滿一年的杭州地鐵的眾多非議。各業內專家也對剛性接觸網可斷開式匯流排接頭裝置的應用提出了質疑。

為了保障已經安裝的設備可靠運行，筆者組織了大量人力，對杭州1、2號線所安裝的24處可斷開裝置進行了專題研究。

1 現場調查

對杭州1、2號線24處斷開裝置的運行參數分時段多次測量采集記錄，結合全線路16列電客車32組受電弓的磨損情況：

因裝置水平過渡不順暢導致接觸線存在的硬點，在牽引列車大取流作用下電弧灼傷情況嚴重，形成了電弧熱效應將接觸線和匯流排引弧熔融，電弧的熱效應加上富含鈣、鐵雜質的隧道滴水介質參與，催化了銅與鋁間的電化學腐蝕，導致此剛性接觸網可斷開式裝置的損毀速度加快。

2 總結分析

結構硬點形成的電弧灼傷多數發生在接頭由“1線”向“3線”增線過渡的瞬間。

在最初設計中列車受電弓高速（70 km/h）通過可斷開裝置，沿A端至B端方向單向行駛時的過渡順序為：

由“A側固定錨段接觸線1根”過渡至“A側固定錨段接觸線1根+A端導滑板接觸線2根”過渡至“A端導滑板接觸線2根”過渡至“A端導滑板接觸線2根+連接段接觸線1根”過渡至“連接段接觸線1根”過渡至“連接段接觸線1根+B端導滑板接觸線2根”過渡至“B端導滑板接觸線2根”過渡至“B端導滑板接觸線2根+B側固定錨段接觸線1根”過渡至“B側固定錨段接觸線1根”在不足縱向5 m的距離內，受電弓與接觸網完成8次過渡：其中增線過渡4次、減線過渡4次。

經過對現場磨痕的觀察，發現兩側導滑板在增線過渡區域磨耗呈現不均勻過度磨耗。結合高速情況下的弓網拉出值關系、鋼軌在彎道區段存在的高差：受電弓在動態高速行駛中呈現隨機不水平狀態，其弓左右角高度差超過5 mm。而導滑板的接觸線與固定錨段接觸線、連接段接觸線均處于同一導高值4040 mm。當傾斜的弓體碳滑板沿固定錨段接觸線與水平方向排列的2個導滑板相遇，受電弓傾斜高度偏高的一側會撞擊到一側導滑板。雖然兩側導滑板接觸線采取了導角彎曲，但是導角弧度受導滑板長度所限制遠遠達不到錨段關節程度的平緩過渡角程度。因此在車速較高時必然發生不同程度的碰撞打弓情況。而受電弓通過這種撞擊糾正其水平傾斜度，繼續滑行。

根據當時車體速度和受電弓傾斜角程度不同造成的弓網撞擊分離程度不同而變化弧光烈度，受電弓體傾角越大撞擊越劇烈。

這也是觀察者在軌旁記錄時發現：車速較低時弧光閃絡小，而車速較高時弧光閃絡呈現隨機性的根本原因。打弓情況的瞬時可見圖3所示。

3 解決方案

由于原設計廠家受國鐵分段絕緣器設計理念的影響產生局限性：設置了兩側導滑板作為過渡裝置。但是由于城軌剛性接觸網與國鐵柔性接觸網最大的不同在于剛性匯流排結構。而接觸網可斷開接頭裝置本身基于剛性接觸網外包接頭作為機械過渡基礎，實際上匯流排本身外包部分的剛性足以滿足車輛通行的沖擊力，而不必刻意模仿柔性分段絕緣器設置兩側導滑板。

結合剛性接觸網在維修過程中剛性接觸線斷線續接：憑借匯流排的夾持力直接更換小段接觸線，無需額外固定的實際經驗。筆者在杭州2號線江南風井下行過江隧道防淹門處，對原接觸網可斷開裝置進行了部分改進：取消兩側導滑板，直接對接接觸線，實現單線微小縫隙過渡。如圖4。

預制及安裝調試：由于改進后取消了導滑板結構，因此對接觸線的平滑過渡提出了工藝方面的較高要求：其對接縫隙縱向控制在1 mm范圍，其對接口呈傾斜角A端為70 °，B端為110 °配合。匯流排對接縫隙控制在10 mm，同樣對接口呈傾斜角A端為70 °，B端為110 °配合。兩者對接縫隙錯位間距控制在30～50 mm范圍內。

將接觸線上夾持角部分打磨掉，造成匯流排夾持角對接觸線的夾持效果：限制接觸線向上運動、左右運動、不限制向下運動。既滿足接頭對抗沖擊所需要的穩定夾持，又符合裝置轉動時路徑需要。

經過多次優化改良試驗，在杭州2號線江南風井下行防淹門處多次試驗，現場實測記錄1000列次全速通過：約800列次無弧光閃絡通過，約200列次存在“前弓無弧光閃絡通過，后弓微小弧光閃絡通過情況”，其弧光烈度在可承受范圍內。其因裝置水平過渡順暢，接觸線存在的硬點明顯減輕，在牽引列車大取流作用下電弧灼傷情況較改造之前有明顯大幅度改善。

本改進獲得業內各方專家認可。并被設備廠方定性為新一代改進型剛性接觸網可斷開接頭裝置，作為淘汰原設計產品的改進替代型。

參考文獻

[1] 段虎.剛性接觸網可斷開式接頭裝置的應用研究[J].硅谷，2012（8）：88-89.

[2] 畢繼紅，張峰，劉峰濤.剛性懸掛接觸網/受電弓系統動力分析[J].沈陽理工大學學報，2007（4）：95-98.

[3] 梅桂明，張衛華.剛性懸掛接觸網動力學研究[J].鐵道學報，2003（2）：25-26.endprint