地鐵列車氣動受電弓安全性控制措施

仇中正

摘要：地鐵列車、城市軌道交通現已廣泛運用氣動受電弓進行列車行駛的電路支持，不僅是地鐵列車結構的必要設施結構，還能有效保證地鐵列車上各種電氣設備的運行以及電路的支持。所以，地鐵列車的氣動受電弓的安全性日益重要，做好氣動受電弓安全性的保障能有效提升地鐵列車等軌道交通的運輸安全性。

關鍵詞：地鐵列車;氣動受電弓;出現故障;優化方案

引言

氣動受電弓是地鐵列車、城市軌道交通一切電氣設備的電力來源，通過氣動受電弓與高壓電供電系統連接進行地鐵列車供電，為了地鐵列車行駛的安全性考慮，相關監管、檢測部門務必對氣動受電弓使用工況、可能出現的故障進行合理并全面的分析與優化，做出完善的解決預案，降低地鐵列車因氣動受電弓故障帶來的行駛危險性，提高城市軌道交通的運輸穩定性。

一、常見的受電弓結構

（一）單臂式受電弓。顧名思義單臂式受電弓即為只有一條集電弓的高壓電接電系統，呈“之”字形，它擁有較低的電磁噪音，而且結構較為簡單，故障率較低且不會在出現故障時影響整車其他供電系統，現今大部分軌道交通、高速鐵路動車都已應用單臂式受電弓供電。如圖1所示，是最為普遍的單臂式受電弓構造。

（二）雙臂式受電弓。雙臂式受電弓是我國最早、最傳統的集電弓，其雙臂組成的造型猶如一個“菱形”，如圖2所示。但由于其技術水平較為落后，結構復雜且故障率較高，導致后期維修保養費用過高，許多鐵路公司軌道交通車輛都已更換至單臂式受電弓。

（三）垂直式受電弓。除此之外還有一種垂直的呈“T”字形的集電弓系統，它的初始設計意圖旨在降低列車高速行駛下的風阻，減少傳導到車廂內的風噪與電磁噪音，但是由于其經濟效益不高現已很少出現在軌道交通車輛上。

二、受電弓的基本組成與運行流程

（一）受電弓氣動操控系統。每列擁有氣動受電弓的軌道交通車輛都有空壓機，在開車前駕駛員會開啟空壓機進行加壓，當氣壓達到氣動系統的額定工作氣壓時，進行升弓操作，高壓氣體隨即穿過受電弓系統電磁閥門進入空氣彈簧中，彈簧與臂桿經過一系列物理轉化將集電弓升高，平衡桿會在此時介入保持集電弓在設定的工作高度內保持水平，平穩地與電網相接，減少高壓電對集電弓以及電網的損害。在收車進行降弓時，氣動系統會釋放出空氣彈簧中的高壓氣體，由于重力的原因集電弓和臂桿會進行下降，此時平衡桿和底部的阻尼器會同時工作，確保集電弓安全落到車頂，防止沖擊造成機械設備老化、損壞[1]。

（二）車輛電路供電系統及其運行流程。軌道交通車輛受電弓系統升起與電網接觸進行工作，集電弓從電網獲得電流，并傳輸到車輛的電路系統中，為車輛動力系統以及所有電氣系統進行供電。集電弓接觸后輸入電流后，經過集電弓上的碳滑板依次通過受電弓系統的上下臂桿，最后通入受電弓底部的電流板再經由車廂頂部線路接入車廂內電路系統。

（三）受電弓系統故障保護措施。在列車行進過程與受電弓系統正常運轉時，受電弓是長時間呈升起狀態，但當故障發生時可能會導致受電弓系統元件損壞，影響電路系統接電，還有可能導致高壓電外泄引發明火，此時受電弓的故障保護措施就十分重要。現在的受電弓系統都配備自動降弓保護措施，一旦系統監測到受電弓出現故障，受電弓可以在此系統的操作下自動降下，保護受電弓系統，避免高壓電外泄或是持續接觸故障受電弓系統造成更大的安全事故。

三、故障原因分析及優化方案

（一）地鐵受電弓系統故障原因分析。由于有些線路行駛速度快，距離跨度較大，工作時間較長，出車前的檢測、養護不到位，容易造成行車過程中受電弓系統頂部與電網接觸的集電弓溫度異常，可能在影響供電效應的同時，使高壓線網及受電弓系統溫度急劇升高，導致集電弓線路高溫熔斷，進一步可能會使集電弓高壓電持續外泄致使氣動系統損壞，集電弓與高壓電網間的接觸距離逐漸變大，高壓電弧的放電高溫可能會造成更多不可控的后果。

（二）地鐵受電弓系統安全性優化措施。為了避免受電弓系統正常運轉下故障的出現，每輛列車出車前的檢測以及調試必須做到萬無一失。氣動系統通風管的壓力監測數據是否正常，空氣壓縮機以及備用空氣壓縮機是否能正常工作，故障自動降弓保護措施是否正常運作，這三項工作如有疏忽，都有可能導致受電弓系統升弓進入工作狀態后通風管漏氣，氣動系統氣壓不足的情況下又無法及時啟動空壓機進行補氣，受電弓出現空隙引發故障后也無法自動降下實行保護措施，造成極大的安全隱患[2]。

對于此類故障的出現，鐵路系統及其相關部門應當設計一套更能體現適應性的氣動系統故障保護裝置。可以利用最新型的軌道交通車輛受電弓故障快降緩沖裝置，它不僅結構相對簡單，不需要過多的電路系統支持，實現手癌女工故障快降氣動緩沖的同時還能減少受電弓系統掉落使車廂頂部受損。它由簡單的氣室、氣缸、以及換向彈簧構成，氣缸與裝有限流氣嘴的氣室連接，另一頭與換向彈簧連接，氣缸內的換向活塞與進氣與排氣通風管相連，另一頭與升弓氣動通風系統連接，以實現軌道交通受電弓系統故障快降緩沖器的作用。

四、結束語

綜上所述，軌道交通車輛以及地鐵列車的受電弓安全性控制，必須做好出車前高壓受電弓系統的狀況檢查以及車輛主空壓機、備用空壓機的工作情況，并跟進配備依據鐵路行駛線路、實際工況、環境溫度等條件相對適應性強的故障保護性措施，提升地鐵形式的穩定性。對于沒有配備氣動系統故障自動降弓系統的地鐵列車，前期研發與調試中可以引用新型受電弓故障快降氣動緩沖裝置，或是原裝受電弓保護裝置，以降低地鐵列車、軌道交通車輛的運行故障率，有效提升軌道交通運行的安全。

參考文獻：

[1]嚴凡，王景宏.地鐵列車受電弓控制改造[J].企業技術開發，2019（6）.

[2]劉良富.地鐵列車受電弓的應用與故障探析[J].建筑工程技術與設計，2017，000（010）：2642-2642.

（作者單位：蘇州市軌道交通集團有限公司運營一分公司）