地鐵受電弓滑板磨耗異常分析及對策

范忠林

摘 要：地鐵因其便捷與準時性，成為人們的重要出行方式。地鐵客流不斷創新高，行車密度加大，地鐵牽引供電負荷急劇增大。受電弓作為電客車從接觸網上取電的關鍵設備，接觸網為整條線路供電，只有良好的弓網配合關系才能確保受電弓滑板磨耗正常。在日常運營過程中，受電弓滑板的磨耗常有磨耗過快、偏磨等異常情況。受電弓滑板磨耗異常問題威脅著運營安全，同時也會造成運營成本數倍增長，嚴重時會造成電客車被迫下線或停運。基于此，本文通過對多條線路受電弓滑板磨耗異常情況進行研究分析，提供相應治理對策及建議。

關鍵詞：地鐵牽引供電;受電弓磨耗異常;分析與治理對策

1 地鐵受電弓使用情況描述

地鐵在日常的運營過程中，出現受電弓滑板磨耗異常，如不及時的檢修更換，則可能導致受電弓觸發ADD保護自動降弓，從而致使列車退出運營。

通常地鐵受電弓采用碳滑板或浸金屬碳滑板，正常運營條件下，每根滑板使用15萬公里以上，即一年左右，弓網關系良好的線路，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，僅此一項將帶來運營材料大幅增加。

因此，需要對弓網關系綜合檢測與分析，找出異常原因，針對性的對弓網關系進行治理，從而確保地鐵的安全運營，并有效控制運營成本。

2 受電弓滑板磨耗異常類型

受電弓滑板磨耗異常主要分為偏磨和磨耗量驟升，或兩種情況同時出現。滑板偏磨主要表現在滑板各區域磨耗不均，滑板往往呈鋸齒、V字型、W型等形狀，因部分區域磨耗達到更換限值的情況，碳滑板的使用公里數銳減。受電弓滑板磨耗，由一毫米每萬公里上升至數倍以上，在運行過程中可能會因滑板磨耗到限觸發降弓，使得列車退出運營，造成線路晚點。受電弓滑板的磨耗又可分為機械磨耗和電氣磨耗，機械磨耗是指受電弓滑板與接觸網之間的機械摩擦、切削及撞擊等機械力作用下的磨耗;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象，燃弧過程中會釋放一定的能量，會造成滑板溫度急劇上升，對碳滑板形成燒蝕，嚴重時會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。燃弧也會造成接觸線上形成金屬燒蝕物，形成硬點，使得弓網關系惡化。燃弧的過程中也可能造成接觸線線面及受電弓滑板表面形成粗糙面，使得弓網接觸有效面積減小，造成接觸電阻過大，遇到加速電流較大區段因電流焦耳熱效應，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，偶爾會因燃弧造成滑板溫度高于額定溫度，但一般持續較短。但在運行過程中滑板溫度遠高于其標稱的溫度，且持續時間較長，則會造成受電弓滑板處于超溫運行，其磨耗量會高于正常值的數十倍，同步也會造成滑板金屬析出。

3.3 接觸網分布問題

接觸網的設計和實際的分布情況，直接關系著弓網的配合質量。接觸網的分布異常主要體現在如下幾點：

（1）接觸網坡度超限，高差超限，錨段關節未調平。在接觸網設計或施工過程中，使接觸網的坡度較大，同時相鄰懸掛點間的高差出限制，地鐵接觸網相鄰懸掛點的導高高差值應小于設計值。

另外接觸網的關鍵區段，如錨段關節未調整平順或高差超限，則在該處會造成受電弓頻繁燃弧或硬點沖擊，增大了受電弓滑板的磨耗。接觸網的不平順也會造成弓網頻繁離線燃弧，硬點增多，造成弓網離線。

（2）接觸線線面不平。接觸線表面在運營過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象，受電弓滑板通過時則會造成受電弓頻繁離線，同時也可能伴隨燃弧。電客車高速運行時，弓網有效接觸面減小，局部放電燃弧也較為嚴重。

（3）接觸線分布問題。接觸網的拉出值分布在全線上不均勻，也會造成受電弓滑板在某些區域明顯高于滑板其它區域，但該線路上所有受電弓滑板會呈現類似的趨勢。

3.4 硬點沖擊病害

接觸網上形成的硬點，受電弓滑板通過時會對受電弓形成沖擊，會造成受電弓離線及燃弧。硬點沖擊過大，則會直接造成受電弓滑板掉塊及受電弓頭折損。一般的線路上如出現大于50g的硬點，則如是新線路則不具備運營開通條件，如是運營線路則需要立即消除該硬點。同時，沖擊較小的硬點也應該及時的消除。

3.5 弓網壓力異常

弓網壓力調整過小或過大均會影響受電弓滑板的磨耗。弓網的壓力應控制在一定的范圍，且平均壓力值應該接近于通常設定的值，且壓力的波動分布需要接近于正態分布較為理想。弓網壓力的控制的指標如下：

（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）標準偏差σ（N）：σ ≤0.3×Fm

3.6 接觸線切削

接觸線在運營過程中兩側形成鋒利的棱邊，會在受電弓通過時對滑板形成切削作用，造成滑板的機械磨耗顯著上升。

3.7 其它因素

雨雪天氣，溫差變化大的天氣均會對弓網關系造成影響，導致碳滑板的磨耗高于平時。鋼軌平順性、TQI等參數及輪軌關系也密切關系著弓網的配合，一定程度也影響著受電弓滑板的磨耗速度。

4 治理應對對策

針對受電弓滑板磨耗異常情況，需要應用弓網監測系統針對性的對弓網參數進行監測。首先需區分該種滑板異常磨耗是機械磨耗還是電氣磨耗為主，其次是需對弓網關系異常進行定性定量分析，最后是要劃分弓網關系治理的重要區段，避免盲目的治理而使得弓網關系進一步惡化，影響載客運營。

4.1 優化弓網配合的關鍵參數

弓網關系不良的問題大部分會通過燃弧的形式表現出來，因此，治理受電弓滑板磨耗異常，需要有效的控制弓網的燃弧。一般的，可以檢測出燃弧成因，如硬點離線造成，則需要消除該處的硬點;接觸線線面不平引起，則需要對接觸線表面進行打磨;如是接觸網高差超限引起的則調平等措施進行消除。同時，要確保受電弓滑板處于正常的工作溫度。通過對受電弓碳滑板的溫度監測，如受電弓長期處于超出額定溫度運行的情況，則需要對接觸網線面、受電弓滑板表面進行檢查和打磨處理。

4.2 消除受電弓及滑板異常

當滑板磨耗異常時，滑板表面往往呈現凹凸不平，在運行的過程中會造成弓對網之間的擠壓和碰撞作用，會進一步增大滑板磨耗，因此需要對滑板進行打磨處理，保障受電弓滑板自身的平順性。

4.3 調整接觸網狀態

通過調整和優化接觸網的幾何參數與接觸線形態，可以使得受電弓滑板的磨耗達到較為理想的水平。需保障接觸網的坡度處于設計規定值范圍，相鄰懸掛點的高差需控制在設計值內，要對接觸線棱邊、拉絲及時打磨和清除。接觸線的線面需要精細打磨光滑，因此種接觸線會造成弓網有效接觸面減小，接觸電阻過大，會造成弓網溫升過快。需對彈性絕緣子的彈性進行研究和排查，避免絕緣子出現卡滯。需關注接觸網跨中的導高值是否在允許的范圍內。確保軌道的平順性，需確保輪軌關系配合處于良好狀態。

5 結束語

綜上，通過弓網監測系統精準檢測與分析，快速定位受電弓滑板磨耗異常成因，針對性的維修，如調整接觸網的幾何參數、消除硬點沖擊、減少燃弧、打磨受電弓滑板與接觸線、對接觸線磨耗異常的區段進行換線等處理措施。充分利用弓網監測系統的檢測與分析，采用檢測、維修、檢測評價及改進的PDCA循環的總體治理思路，最終將弓網關系調整至最佳的狀態。最后，相關技術人員需加強對弓網關系檢測技術的學習與應用，提高弓網病害的分析能力和整治效率。

參考文獻：

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