膨脹元件在剛性接觸網系統中的使用及其常見問題分析

李懋

摘 要：隨著科學的進步，地鐵已然成為出行的及必要交通工具之一。在地鐵剛性接觸網系統中，膨脹元件的使用保證了高速區段列車受電弓在接觸網兩不同錨段間機械上和電氣上平穩過渡，但由于高速區段弓網關系較為復雜，膨脹元件在運營中還是存在較多的問題。本文根據膨脹元件在廣州地鐵三號線北延段剛性接觸網系統中的使用情況，對膨脹元件在使用中出現的不良技術狀態進行了分析并根據現場維護經驗總結了膨脹元件不良技術狀態的調整方法以及日常的維護措施。

關鍵詞：膨脹 元件 剛性接觸網 系統

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0055-02

1 膨脹元件簡介

接觸網膨脹元件作為剛性懸掛機械分段的溫度補償構件，它由兩塊尺寸相同的鋁合金板組成。膨脹元件端部的鋁合金板與兩邊的匯流排端部連接為一體；膨脹元件中部的鋁合金板互相平行且錯開，可以通過自由伸縮來補償相鄰兩錨段鋁匯流排熱脹冷縮引起的相對移動。相對于安裝時的長度，膨脹元件伸縮量即為膨脹接頭的溫度補償值。錨段匯流排上的接觸線可以連續地延伸并夾持在鋁合金板上，以保證受電弓在膨脹接頭上平穩滑過及受電，而不會產生任何機械上或電氣上的斷開現象。膨脹元件適用于列車高速運行的線路。膨脹元件見圖1。

2 膨脹元件的使用情況及常見問題

2.1 使用情況

廣州地鐵三號線及三北線采用剛性接觸網，列車運行最高速度達120km/h。為了使列車受電弓高速滑過接觸網的兩個不同錨段時能在機械上和電氣上平穩過渡，接觸網系統在設計高速（速度大于80km/h）運行區段（例如三北線嘉禾-龍歸區間、龍歸-人和區間）的接觸網錨段銜接處大量使用了膨脹元件。

2.2 運營中出現的問題

接觸網系統中，膨脹元件的使用在保證高速區段列車受電弓在錨段間的機械上和電氣上平穩過渡方面起了很大作用，但由于高速區段弓網關系較為復雜，膨脹元件在運營中還是出現了較多的問題。

2.2.1 受電弓經過膨脹元件時產生打火、拉弧

在列車運行過程中，特別是三北線提速后，高速區段的列車經過膨脹元件時，弓網間頻繁出現較大的打火花和拉弧現象。

2.2.2 膨脹元件處接觸線處存在偏磨

檢修過程中發現膨脹元件處接觸線存在偏磨，偏磨具體分為兩種情況：（1）接觸線與受電弓接觸的正面無磨耗，而側面磨耗痕跡較深。（2）膨脹元件所夾持的兩支處于同一軌平面且相互平行的接觸線，同一小段內，只有其中一支有接觸磨耗，而另一支無接觸磨耗痕跡。

2.3 膨脹元件處接觸線波浪紋

膨脹元件檢查時發現，從膨脹元件處沿列車前進方向的同一支接觸線，存在較明顯的波浪紋（接觸線一段磨耗較深，一段磨耗淺甚至未有任何磨耗，看上去形似水波波紋）。

3 問題分析

3.1 膨脹元件狀態不良造成打火拉弧

膨脹元件在運行過程中，受自身冷熱補償造成的伸縮以及列車受電弓經過時在機械和電氣上相互作用的影響，其本體狀態在也會發生變化。膨脹元件狀態不良主要體現在兩方面：

3.1.1 膨脹元件處夾持的接觸線存在硬點

膨脹元件安裝在兩錨段的交接處，通過兩鋁合金板相互移動來補償匯流排的熱脹冷縮量。由于兩不同錨段匯流排長度不同，其所受的熱伸張或冷縮力不同，使得膨脹元件的兩鋁合金板每次補償時向兩邊伸張或向中間收縮的量也不同。這樣就造成：膨脹元件兩鋁合金板經過溫度變化引起的多次相互伸縮后，其重心從跨距中心向兩側產生移動。

膨脹元件重心移動后，受其自身重力（膨脹元件重達60kg）影響，膨脹元件在離定位點較遠的一端重心處容易下墮。膨脹元件本體下墮會壓迫夾持在鋁合金夾板上的接觸線向下彎曲變形，而此處接觸線在受電弓滑過時的沖擊力作用下，容易形成硬點。繼而出現受電弓通過時撞擊硬點出現弓網碰撞打火現象。

3.1.2 膨脹元件處接觸線表面不平順，匯流排出現毛刺

膨脹元件長期運行后，受列車受電弓撞擊、刮蹭、打火、拉弧留下的熔蝕坑等影響，接觸線表面存在不平順、匯流排出現毛刺現象。

不平順的的接觸線表面凹凸不平。受電弓滑過不平順的接觸線線面時，電流主要從接觸線表面的凸點和碳滑板間形成的電流通路流過。與接觸線的平滑處相比，受電弓與不平順接觸線相接觸的實際接觸面積較小，接觸電阻較大。列車取流經過時，電阻較大的接觸線凸起處會產生高溫。受高軟化或熔化的接觸線表面銅質材料在受電弓沖擊力作用下向列車前進方向飛濺形成新的打火并伴隨著對接觸線和其它零部件表面造成燒傷、熔蝕損害。

3.2 膨脹元件安裝處前后定位點槽鋼不水平造成偏磨

在接觸線導高正常的情況下，普通定位點處槽鋼不水平會造成匯流排及其夾持的接觸線傾斜。由于錨段末端的匯流排缺少針對“槽鋼傾斜作用在匯流排上的扭力”的阻力，所以其傾斜效果會更明顯。由于膨脹元件本體主要由固定在匯流排末端的鋁合金板組成，所以匯流排傾斜會帶動膨脹元件的鋁合金板及膨脹元件本體夾持著的接觸線線面傾斜。

槽鋼不水平引起的膨脹元件及其夾持接觸線傾斜分以下幾種情況：

3.2.1 單邊槽鋼傾斜

單邊槽鋼傾斜，會造成傾斜的槽鋼所對應匯流排夾持的接觸線線面傾斜。受電弓經過時，碳滑板同時接觸兩支接觸線，但會造成傾斜支接觸線出現偏磨。

3.2.2 兩邊槽鋼分別向相反方向傾斜

兩邊槽鋼向不同方向傾斜，會造成槽鋼所對應匯流排夾持的接觸線內八字或外八字傾斜，受電弓經過時同時會同時偏磨兩支接觸線。

3.2.3 兩邊槽鋼向相同方向傾斜

兩邊槽鋼向相同方向傾斜，膨脹元件整體傾斜。若傾斜度較小，受電弓經過時對兩支接觸線偏磨，但一支偏磨程度較重，另一支較輕。若傾斜角較大則會造成受電弓經過時可能只偏磨其中導高較低的接觸線，而與另一支接觸線完全不接觸。

3.3 受電弓弓頭振動造成接觸線波浪紋

3.3.1 受電弓弓頭振動原因

通過多次查看熱滑錄像發現：受電經過膨脹元件處，弓頭多伴隨著振動。對受電弓經過時振動較為強烈的膨脹元件進行測量后發現：沿列車前進方向，與膨脹元件所在跨距相鄰的前后兩個跨距的跨中部位多存在負馳度。

分析認為：以膨脹元件前后兩定位點為支點，膨脹元件受自重下墮造成膨脹元件安裝處的相鄰跨距的跨中處上翹形成負馳度（若跨中有匯流排連接板，這種現象會更明顯），受電弓通過負馳度區域，弓頭上彈，與接觸線碰撞后，弓頭受力下彈，于是弓頭開始不均勻振動。

3.3.2 受電弓弓頭振動影響

受電弓碳滑板滑過接觸線時，若碳滑板處于振動波波峰處，弓網接觸壓力較大，接觸線磨耗較深。若處在振動波波谷處，弓網接觸壓力較小，接觸線磨耗較淺。列車前進過程中，在受電弓非固定周期的上下振動的不均勻的磨耗下，接觸線表面形成了連續的波浪紋。

膨脹元件處于兩錨段交接處，弓網關系復雜。當受電弓振動的幅度過大時：向上振動，可能撞擊接觸線，造成嚴重局部磨耗或打火；向下振動可能發生離線拉弧。除受打火拉弧燒傷損壞外，膨脹元件長期受到受電弓振動影響還會造成其零部件松動、松脫風險。

3.4 膨脹元件伸縮受阻或卡滯

3.4.1 膨脹元件伸縮受阻或卡滯原因

經過對膨脹元件檢查，發現膨脹元件伸縮受阻或卡滯主要有兩個原因：（1）膨脹元件安裝于浮塵較大的地鐵隧道中，而膨脹元件的兩鋁合金板之間特別是視檢孔滑動螺栓處容易積塵。灰塵累積造成膨脹元件兩鋁合金滑板伸縮不暢。（2）膨脹元件視檢孔滑動螺栓受鋁合金板長期伸縮影響，偏移到了視檢孔最端處，卡滯了鋁合金板的相互移動。

3.4.2 膨脹元件伸縮受阻或卡滯的影響

膨脹元件兩鋁合金滑板伸縮不暢，膨脹元件就失去了補償匯流排熱脹冷縮量的功能，而一旦匯流排伸縮量得不到補償，伸縮力就會在匯流排上堆積。匯流排上的堆積的伸縮力根據作用方向不同會在兩方面造成影響。

4 結語

膨脹元件作為列車運行高速區間的剛性接觸網錨段間銜接的重點設備，其運行狀態的好壞直接影響接觸網供電的安全性和可靠性。由于膨脹元件的運行狀態受自身因素及外部環境狀態影響較大，所以在處理膨脹元件問題時，不但要從膨脹元件自身的狀態入手而且還要結合外部因素多方面考慮，例如：列車經過時的弓網關系；膨脹元件安裝懸掛處的匯流排、接觸線狀態；與膨脹元件相關連的定位點處導高是否合理、槽鋼是否水平……

在膨脹元件的日常檢修和維護過程中，除了進行現場檢查，還可以通過核對網軌動態檢測數據、查看熱滑錄像以及登乘巡視等多種方式去跟蹤檢測膨脹元件運行狀態，以便能及時發現問題，及時處理問題，避免問題積疊，對設備造成嚴重的損害。

參考文獻

[1] 何江海.接觸網檢修工[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2010.

[2] 張道俊，張韜.接觸網運營檢修與管理[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[3] 李偉.接觸網[M].北京：中國鐵道出版社，2003.