地鐵弓網異常磨耗分析

陳振

【摘 要】針對地鐵接觸線和受電弓碳滑板異常磨耗情況進行分析，對磨耗產生的成因，影響磨耗的因素進行分析，提出了磨耗控制的優化措施。

【關鍵詞】地鐵；接觸網；受電弓；磨耗

一、引言

天津地鐵6號線全線全長42.5km，地上段和車輛段采用柔性接觸網供電方式，地下段采用剛性接觸網供電方式。自2016年8月開通以來，弓網關系配合較為良好，受電弓碳滑板平均磨耗率在1.5mm/萬公里左右。2017年12月檢修時發現碳滑板平均磨耗率激增至5.1mm/公里，個別碳滑板磨耗率達到10mm/萬公里左右。但在2018年1月碳滑板磨耗率又下降至3mm/萬公里，并在2、3月份回歸正常。接觸網受電弓是關系地鐵運營安全的關鍵部件，本研究將對其磨耗原因進行分析，并提出相應的解決對策，為今后再次出現磨耗率上升提供參考。

二、弓網磨耗產生的原因

無論是剛性接觸網還是柔性接觸網，弓網系統的磨耗主要有機械磨耗、電氣磨耗和化學磨耗。其中，化學磨耗又稱腐蝕磨耗，即在腐蝕環境下溶解、生銹，而又在滑動中加速了磨耗。電氣磨耗是指電離子轉移和電弧熔融噴濺，前者是金屬離子沿電流方向移動，而成為引起“均質粘結”類粘結磨耗的加速因素。機械磨耗通常又分為粘結磨耗、硬粒磨耗和疲勞磨耗。受電弓與接觸網動態運行的過程中，通過滑動接觸取流，因此會出現由于弓網系統燃弧時的電弧熱和電流流過接觸電阻的發熱以及摩擦生熱而帶來的機械磨耗（尤其是粘結磨耗）、電弧熔損、噴濺等在內的各種損耗。另外，溫度升高帶來的接觸線的氧化以及材料硬度的變化也在一定程度上會加劇磨耗。引起弓網磨耗異常的因素較多，主要體現在以下幾個方面：

1.受電弓因素

地鐵架空接觸網采用的電壓等級為DC 1500V，多采用銀銅合金接觸線配浸金屬碳滑板。對于浸金屬碳滑板，按TB/T 1842.2—2002《電力機車受電弓滑板浸金屬碳滑板》中表3的規定，磨耗后滑板高度為12 mm 時，其使用壽命應大于7.5 萬公里。碳滑板的電阻率、洛氏硬度、體積密度、抗壓強度、抗折強度等參數應滿足標準要求。碳滑板出現異常情況應及時打磨或者更換。受電弓靜抬升力的變化也會造成磨耗異常，按照EN50119的要求，受電弓靜態抬升力一般為120±10N。

2.軌道因素

接觸網的導高、拉出值參數均基礎軌道平面調整，如軌道參數調整勢必會引起接觸網參數變化。接觸網專業應與工務專業建立有效溝通機制，在軌道調整或者換軌后應及時調整接觸網參數。此外，剛性接觸網沒有彈性，受電弓抬升產生的力無法得到緩解，全部施加在接觸線上，因此弓網之間沖擊力遠大于柔性接觸網。在實際運行過程中，在彈性道床區段受電弓振動較為劇烈。弓網壓力變化較大，受電弓對接觸線的沖擊力，易使接觸線出現硬點，硬點的出現又進一步加劇了受電弓通過該處時的振動，形成惡性循環。與此同時，受電弓振動會導致弓網離線，形成燃弧。在機械和電氣雙重作用下，會加劇了接觸線磨耗的擴大。在必要時可試用匯流排彈性線夾，增加剛性接觸網的彈性，吸收受電弓對接觸線的沖擊力。

3.環境因素

夏季時，地下隧道與外部環境溫差較大。空氣中的大量水蒸氣在列車活塞風的作用下進入隧道后遇到匯流排，在其表面形成水珠。接觸線表面附著水珠一方面會影響受電弓取流，另一方面會加速接觸線和匯流排的銹蝕。因此要優化隧道環境，排出隧道中的積水，必要時可采用加強隧道排風的方式降低區間空氣濕度。

4.新舊線路混跑因素

弓網之間在新線運行時存在磨合期，如存在新舊線路混跑也會加劇弓網磨耗。

5.車載信號控車方式因素

信號控車方式變化，電客車受電弓取流變化和突增，造成弓網電氣磨耗增大。電客車出站時需要大電流，大電流時碳滑板會加劇電氣磨耗，目前信號系統動車方式為：P50牽引3秒，隨后1秒內增加級位至P100，牽引至約50km/h，惰行2秒，P100加速至目標速度（AW0時，最大牽引電流為2662A）。如條件允許應盡量優化ATO設計，降低啟動電流能有效較少加速度的接觸線磨耗。

6.接觸網因素

接觸網應著重優化導高、拉出值，重點排查分段絕緣器、錨段關節、匯流排中間接頭、接接觸網應著重優化導高、拉出值，重點排查分段絕緣器、錨段關節、匯流排中間接頭、接觸線硬點等情況，保持接觸網良好的運行狀態。

三、接觸網磨耗的分析與措施

1.接觸線磨耗

排查接觸網未見明顯異常磨耗發生，重點對民權門至新開河約2km區段的上下行磨耗位置（①懸掛點②錨段關節③線岔④中錨⑤跨中⑥中間接頭期⑦其他）、其他信息（①啟動段②上坡③下坡④曲線段⑤分段絕緣器⑥鋼柔過度）、導高值、拉出值、磨耗分別進行統計分析，測得有效數據2237組。上行平均磨耗量3.3mm，磨耗率18.64%，下行平均磨耗量3.7mm，磨耗率21.92%。

2.拉出值分布

根據設計圖紙，6號線接觸網拉出值按照“之”字形分布，起始分布點為絕緣錨段關節處，拉出值范圍為+250mm～-250mm，符合規范要求。根據動態檢測和靜態檢測數據分析，拉出值基本呈“之”字形分布。但也可以發現部分點位拉出值曲線出現折角，說明拉出值分布并非完美的“之”字形。結合碳滑板磨耗集中在距離中心線左右各100mm的情況，應進一步進行優化，特別是列車加速段的拉出值應均勻分布，避免集中在±100范圍內。一方面要統計全線定位點拉出值，記錄磨耗“重災”區域的定位點拉出值進行重點標記；第二方面是統計受電弓滑板的偏磨位置，對兩者進行比較分析。從理論角度而言，受電弓滑板的偏磨位置應該是磨耗頻率最頻繁（即全線拉出值出現概率最高）以及容易引發嚴重磨耗的特殊區段（如列車出入站位置）拉出值對應的滑板位置。“優化”的目標是盡量使受電弓磨耗均勻地分散在受電弓滑板上。

3.導高

剛性接觸網標準導高為4050mm，允許誤差為±5mm。根據剛性接觸網定位點分布特點，每隔8-10米設置一處定位點。大部分處于4050±5mm以內，部分超限導高，數值偏差較小，偏低為跨中正常自然下垂，偏高為跨中非正常負馳度。綜合靜態檢測和動態檢測數據分析，接觸網導高基本符合要求，定位點導高調整較為合理，跨中導高偏差較大，應盡量優化，尤其要避免因匯流排線夾卡死導致的非正常偏差。值得注意的是，2017年8-10月，我們對全線定位點導高進行了大范圍的調整。將原有的導高4050±5mm，調整為4050±2mm，調整點位約占總體定位點數量的60%。

4.接觸網關鍵部件

接觸網關鍵部件包括：分段絕緣器、錨段關節、線岔、剛柔過渡、匯流排中間接頭。應保證其參數均在正常范圍內。

5.導電膏的影響

在排查中，我們還發現在接觸線放線時，施工單位使用了過量的導電膏附著在接觸線表面。隨著時間的影響，導電膏表面附著大量的灰塵、鐵粉并硬化。硬化的導電膏導致碳滑板和接觸線之間接觸電阻增大，引發燃弧現象，進一步加劇了弓網磨耗。

四、結論

通過此次弓網異常磨耗的排查分析，我們認為接觸網定位點大范圍導高參數的調整是造成磨耗異常的根本原因。但拉出值的分布不完善，導致了碳滑板磨耗較為集中，優化后可延長碳滑板的使用壽命。接觸線表面附著導電膏也在一定程度上加劇了磨耗速度。

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（作者單位：天津軌道交通運營集團有限公司）