地鐵受電弓滑板磨耗異常分析及對(duì)策

范忠林

摘 要：地鐵因其便捷與準(zhǔn)時(shí)性，成為人們的重要出行方式。地鐵客流不斷創(chuàng)新高，行車(chē)密度加大，地鐵牽引供電負(fù)荷急劇增大。受電弓作為電客車(chē)從接觸網(wǎng)上取電的關(guān)鍵設(shè)備，接觸網(wǎng)為整條線(xiàn)路供電，只有良好的弓網(wǎng)配合關(guān)系才能確保受電弓滑板磨耗正常。在日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，受電弓滑板的磨耗常有磨耗過(guò)快、偏磨等異常情況。受電弓滑板磨耗異常問(wèn)題威脅著運(yùn)營(yíng)安全，同時(shí)也會(huì)造成運(yùn)營(yíng)成本數(shù)倍增長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電客車(chē)被迫下線(xiàn)或停運(yùn)。基于此，本文通過(guò)對(duì)多條線(xiàn)路受電弓滑板磨耗異常情況進(jìn)行研究分析，提供相應(yīng)治理對(duì)策及建議。

關(guān)鍵詞：地鐵牽引供電;受電弓磨耗異常;分析與治理對(duì)策

1 地鐵受電弓使用情況描述

地鐵在日常的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，出現(xiàn)受電弓滑板磨耗異常，如不及時(shí)的檢修更換，則可能導(dǎo)致受電弓觸發(fā)ADD保護(hù)自動(dòng)降弓，從而致使列車(chē)退出運(yùn)營(yíng)。

通常地鐵受電弓采用碳滑板或浸金屬碳滑板，正常運(yùn)營(yíng)條件下，每根滑板使用15萬(wàn)公里以上，即一年左右，弓網(wǎng)關(guān)系良好的線(xiàn)路，滑板則可使用三年以上。反之，可能受電弓滑板磨耗量驟升，滑板僅能使用千余公里，僅此一項(xiàng)將帶來(lái)運(yùn)營(yíng)材料大幅增加。

因此，需要對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系綜合檢測(cè)與分析，找出異常原因，針對(duì)性的對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系進(jìn)行治理，從而確保地鐵的安全運(yùn)營(yíng)，并有效控制運(yùn)營(yíng)成本。

2 受電弓滑板磨耗異常類(lèi)型

受電弓滑板磨耗異常主要分為偏磨和磨耗量驟升，或兩種情況同時(shí)出現(xiàn)。滑板偏磨主要表現(xiàn)在滑板各區(qū)域磨耗不均，滑板往往呈鋸齒、V字型、W型等形狀，因部分區(qū)域磨耗達(dá)到更換限值的情況，碳滑板的使用公里數(shù)銳減。受電弓滑板磨耗，由一毫米每萬(wàn)公里上升至數(shù)倍以上，在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)因滑板磨耗到限觸發(fā)降弓，使得列車(chē)退出運(yùn)營(yíng)，造成線(xiàn)路晚點(diǎn)。受電弓滑板的磨耗又可分為機(jī)械磨耗和電氣磨耗，機(jī)械磨耗是指受電弓滑板與接觸網(wǎng)之間的機(jī)械摩擦、切削及撞擊等機(jī)械力作用下的磨耗;電氣磨耗是指受電弓滑板在受流電流的作用下形成的滑板消耗。

3 常見(jiàn)異常病因分析

3.1 燃弧病害

燃弧是電氣化鐵路中較為普遍的現(xiàn)象，燃弧過(guò)程中會(huì)釋放一定的能量，會(huì)造成滑板溫度急劇上升，對(duì)碳滑板形成燒蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成浸金屬滑板中的金屬析出，造成滑板的組織松散，使得滑板崩缺掉塊，加劇滑板磨耗。燃弧也會(huì)造成接觸線(xiàn)上形成金屬燒蝕物，形成硬點(diǎn)，使得弓網(wǎng)關(guān)系惡化。燃弧的過(guò)程中也可能造成接觸線(xiàn)線(xiàn)面及受電弓滑板表面形成粗糙面，使得弓網(wǎng)接觸有效面積減小，造成接觸電阻過(guò)大，遇到加速電流較大區(qū)段因電流焦耳熱效應(yīng)，使得受電弓滑板溫升更快。

3.2 受電弓滑板工作溫度超高

地鐵受電弓滑板的額定工作溫度為150℃，在正常的情況下，滑板溫度略高于使用條件空氣溫度，偶爾會(huì)因燃弧造成滑板溫度高于額定溫度，但一般持續(xù)較短。但在運(yùn)行過(guò)程中滑板溫度遠(yuǎn)高于其標(biāo)稱(chēng)的溫度，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)造成受電弓滑板處于超溫運(yùn)行，其磨耗量會(huì)高于正常值的數(shù)十倍，同步也會(huì)造成滑板金屬析出。

3.3 接觸網(wǎng)分布問(wèn)題

接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)和實(shí)際的分布情況，直接關(guān)系著弓網(wǎng)的配合質(zhì)量。接觸網(wǎng)的分布異常主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

（1）接觸網(wǎng)坡度超限，高差超限，錨段關(guān)節(jié)未調(diào)平。在接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)或施工過(guò)程中，使接觸網(wǎng)的坡度較大，同時(shí)相鄰懸掛點(diǎn)間的高差出限制，地鐵接觸網(wǎng)相鄰懸掛點(diǎn)的導(dǎo)高高差值應(yīng)小于設(shè)計(jì)值。

另外接觸網(wǎng)的關(guān)鍵區(qū)段，如錨段關(guān)節(jié)未調(diào)整平順或高差超限，則在該處會(huì)造成受電弓頻繁燃弧或硬點(diǎn)沖擊，增大了受電弓滑板的磨耗。接觸網(wǎng)的不平順也會(huì)造成弓網(wǎng)頻繁離線(xiàn)燃弧，硬點(diǎn)增多，造成弓網(wǎng)離線(xiàn)。

（2）接觸線(xiàn)線(xiàn)面不平。接觸線(xiàn)表面在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中形成了波磨或不均勻磨耗，形成一系列的凹坑或偏磨現(xiàn)象，受電弓滑板通過(guò)時(shí)則會(huì)造成受電弓頻繁離線(xiàn)，同時(shí)也可能伴隨燃弧。電客車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，弓網(wǎng)有效接觸面減小，局部放電燃弧也較為嚴(yán)重。

（3）接觸線(xiàn)分布問(wèn)題。接觸網(wǎng)的拉出值分布在全線(xiàn)上不均勻，也會(huì)造成受電弓滑板在某些區(qū)域明顯高于滑板其它區(qū)域，但該線(xiàn)路上所有受電弓滑板會(huì)呈現(xiàn)類(lèi)似的趨勢(shì)。

3.4 硬點(diǎn)沖擊病害

接觸網(wǎng)上形成的硬點(diǎn)，受電弓滑板通過(guò)時(shí)會(huì)對(duì)受電弓形成沖擊，會(huì)造成受電弓離線(xiàn)及燃弧。硬點(diǎn)沖擊過(guò)大，則會(huì)直接造成受電弓滑板掉塊及受電弓頭折損。一般的線(xiàn)路上如出現(xiàn)大于50g的硬點(diǎn)，則如是新線(xiàn)路則不具備運(yùn)營(yíng)開(kāi)通條件，如是運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路則需要立即消除該硬點(diǎn)。同時(shí)，沖擊較小的硬點(diǎn)也應(yīng)該及時(shí)的消除。

3.5 弓網(wǎng)壓力異常

弓網(wǎng)壓力調(diào)整過(guò)小或過(guò)大均會(huì)影響受電弓滑板的磨耗。弓網(wǎng)的壓力應(yīng)控制在一定的范圍，且平均壓力值應(yīng)該接近于通常設(shè)定的值，且壓力的波動(dòng)分布需要接近于正態(tài)分布較為理想。弓網(wǎng)壓力的控制的指標(biāo)如下：

（1）最大值Fmax（N）：Fmax≤Fm+3σ≤300

（2）最小值Fmin（N）：Fmin>0

（3）平均值Fm（N）：70

（4）標(biāo)準(zhǔn)偏差σ（N）：σ ≤0.3×Fm

3.6 接觸線(xiàn)切削

接觸線(xiàn)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中兩側(cè)形成鋒利的棱邊，會(huì)在受電弓通過(guò)時(shí)對(duì)滑板形成切削作用，造成滑板的機(jī)械磨耗顯著上升。

3.7 其它因素

雨雪天氣，溫差變化大的天氣均會(huì)對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系造成影響，導(dǎo)致碳滑板的磨耗高于平時(shí)。鋼軌平順性、TQI等參數(shù)及輪軌關(guān)系也密切關(guān)系著弓網(wǎng)的配合，一定程度也影響著受電弓滑板的磨耗速度。

4 治理應(yīng)對(duì)對(duì)策

針對(duì)受電弓滑板磨耗異常情況，需要應(yīng)用弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)性的對(duì)弓網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。首先需區(qū)分該種滑板異常磨耗是機(jī)械磨耗還是電氣磨耗為主，其次是需對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系異常進(jìn)行定性定量分析，最后是要?jiǎng)澐止W(wǎng)關(guān)系治理的重要區(qū)段，避免盲目的治理而使得弓網(wǎng)關(guān)系進(jìn)一步惡化，影響載客運(yùn)營(yíng)。

4.1 優(yōu)化弓網(wǎng)配合的關(guān)鍵參數(shù)

弓網(wǎng)關(guān)系不良的問(wèn)題大部分會(huì)通過(guò)燃弧的形式表現(xiàn)出來(lái)，因此，治理受電弓滑板磨耗異常，需要有效的控制弓網(wǎng)的燃弧。一般的，可以檢測(cè)出燃弧成因，如硬點(diǎn)離線(xiàn)造成，則需要消除該處的硬點(diǎn);接觸線(xiàn)線(xiàn)面不平引起，則需要對(duì)接觸線(xiàn)表面進(jìn)行打磨;如是接觸網(wǎng)高差超限引起的則調(diào)平等措施進(jìn)行消除。同時(shí)，要確保受電弓滑板處于正常的工作溫度。通過(guò)對(duì)受電弓碳滑板的溫度監(jiān)測(cè)，如受電弓長(zhǎng)期處于超出額定溫度運(yùn)行的情況，則需要對(duì)接觸網(wǎng)線(xiàn)面、受電弓滑板表面進(jìn)行檢查和打磨處理。

4.2 消除受電弓及滑板異常

當(dāng)滑板磨耗異常時(shí)，滑板表面往往呈現(xiàn)凹凸不平，在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)造成弓對(duì)網(wǎng)之間的擠壓和碰撞作用，會(huì)進(jìn)一步增大滑板磨耗，因此需要對(duì)滑板進(jìn)行打磨處理，保障受電弓滑板自身的平順性。

4.3 調(diào)整接觸網(wǎng)狀態(tài)

通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)與接觸線(xiàn)形態(tài)，可以使得受電弓滑板的磨耗達(dá)到較為理想的水平。需保障接觸網(wǎng)的坡度處于設(shè)計(jì)規(guī)定值范圍，相鄰懸掛點(diǎn)的高差需控制在設(shè)計(jì)值內(nèi)，要對(duì)接觸線(xiàn)棱邊、拉絲及時(shí)打磨和清除。接觸線(xiàn)的線(xiàn)面需要精細(xì)打磨光滑，因此種接觸線(xiàn)會(huì)造成弓網(wǎng)有效接觸面減小，接觸電阻過(guò)大，會(huì)造成弓網(wǎng)溫升過(guò)快。需對(duì)彈性絕緣子的彈性進(jìn)行研究和排查，避免絕緣子出現(xiàn)卡滯。需關(guān)注接觸網(wǎng)跨中的導(dǎo)高值是否在允許的范圍內(nèi)。確保軌道的平順性，需確保輪軌關(guān)系配合處于良好狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上，通過(guò)弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精準(zhǔn)檢測(cè)與分析，快速定位受電弓滑板磨耗異常成因，針對(duì)性的維修，如調(diào)整接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)、消除硬點(diǎn)沖擊、減少燃弧、打磨受電弓滑板與接觸線(xiàn)、對(duì)接觸線(xiàn)磨耗異常的區(qū)段進(jìn)行換線(xiàn)等處理措施。充分利用弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)與分析，采用檢測(cè)、維修、檢測(cè)評(píng)價(jià)及改進(jìn)的PDCA循環(huán)的總體治理思路，最終將弓網(wǎng)關(guān)系調(diào)整至最佳的狀態(tài)。最后，相關(guān)技術(shù)人員需加強(qiáng)對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系檢測(cè)技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，提高弓網(wǎng)病害的分析能力和整治效率。

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