城市軌道交通運營后期弓網異常磨耗整改及預防措施

黃樹智，肖敬義，賀祖團

（沈陽地鐵集團有限公司運營分公司，遼寧沈陽 110000）

1 引言

沈陽地鐵1號線于2010年開通運營，2號線于2011年開通運營，全部為地下線路，采用接觸線受流，正線段全部采用剛性接觸網DC1500V受流，設計最高速度80 km/h。 2018年1月，沈陽地鐵1號線碳滑板磨耗急劇增加；2020年12月，沈陽地鐵2號線碳滑板磨耗急劇增加。弓網異常磨耗現象通常演變較快，給地鐵運營公司反應和處理的時間較短，且容易引起突發事故，甚至導致停運，對地鐵運營影響較大。

2 弓網異常磨耗情況

2.1 沈陽地鐵 1 號線

2018年1月24日到2018年3月4日，沈陽地鐵1號線弓網異常磨耗發展過程如下：站臺報打火花現象，車頂無銅屑；車頂開始出現銅屑，碳滑板表面出現異常溝槽，正線出現弓網異響；碳滑板表面出現磕碰、接觸線出現切削；碳滑板溝槽消失，弓網打火嚴重，碳滑板磨耗加快、表面碳晶層消失，車頂銅屑銅絲增多，接觸線出現毛刺；銅屑、毛刺等現象消失，碳滑板逐漸形成碳晶層，接觸線表面逐漸恢復光滑。其異常磨耗值變化如圖1所示。

（1）2018年1月24日到31日，沈陽地鐵1號線碳滑板磨耗急劇增加，2車日平均磨耗量由平穩期的1～1.5 mm/萬km增高至41.1 mm/萬km，5車日平均磨耗量由0.6 mm/萬km增高至10.8 mm/萬km。

（2）2018年2月1日到12日，磨耗量控制在15～25 mm/萬 km。

（3）2018年2月14日到20日，磨耗量再次急劇增加，2車日平均磨耗量最高達到46.8 mm/萬km，5車日平均磨耗量最高達到35.3 mm/萬km。

（4）2018年2月21日之后，2車日平均磨耗量降至1.0 mm/萬km左右，5車日平均磨耗量降至0.3 mm/萬km左右并趨于穩定。

2.2 沈陽地鐵 2 號線

2020年12月9日到2021年1月21日，沈陽地鐵2號線弓網異常磨耗發展過程如下：碳滑板中心位置出現深V型槽，表面碳晶層消失，正線個別車站出現弓網異響；凹槽消失，碳滑板表面碳晶層消失，碳滑板出現磕碰，接觸線表面粗糙；正線拉弧現象明顯增多，車頂出現銅屑、銅絲；各種異常現象消失，碳滑板表面逐漸形成碳晶層，接觸線表面逐漸光滑。其異常磨耗值變化如圖2所示。

（1）2020年12月9日 到14日，沈陽地鐵2號線碳滑板磨耗急劇增加，2車日平均磨耗量由平穩期的1～2 mm/萬km增高至139.77 mm/萬km，5車日平均磨耗量增高至121.54 mm/萬km。

（2）2020年12月15日到24日，2車、5車日平均磨耗量均下降至1.51 mm/萬km并趨于穩定。

（3）2021年1月2日到9日，磨耗再次急劇增加，2車日平均磨耗量最高達到26.09 mm/萬km，5車日平均磨耗量最高達到12.14 mm/萬km。

（4）2021年1月10日后，磨耗量逐漸趨于穩定。

3 弓網異常磨耗原因分析

沈陽地鐵1號、2號線弓網異常磨耗期間接觸線動態拉出值測試結果如圖3、圖4所示，由圖可知，接觸線動態拉出值主要分布在-200～+200 mm，其拉出值和導高等數據基本在合理區間，未發現異常因素。可見，運營后期出現的弓網異常磨耗通常不是由拉出值和導高等因素引起的，而是多種因素的積累和疊加到一定程度后，弓網之間的良好摩擦狀態遭到破壞，弓網系統難以自行磨合和修復，使弓網異常狀態范圍擴大，由單一異常狀態演變到復雜的異常狀態。弓網關系的影響因素包括基礎因素、人為因素和外部因素。

3.1 基礎因素

（1）大截面接觸線的增加。隨著運營年限的增加，線路上接觸線磨耗截面寬度（Y值）大于8 mm的大截面導線不斷增加，雖然大截面導線與受電弓碳滑板接觸面積大更有利于受流，但大截面導線的側棱較為鋒利，可能會切削碳滑板。

（2）新的碳滑板大批量更換或壽命周期末期碳滑板增加。實踐證明，新的碳滑板更換后會有1周左右的磨合期，在磨合期內弓網之間會產生大量拉弧打火現象。壽命周期末期的碳滑板表面質量逐漸惡化，平順度下降，弓網之間的匹配度也會下降。這2種情況對弓網摩擦都會帶來一定影響。

3.2 人為因素

由于受電弓和接觸線檢修是由多人作業，作業人員經驗不同，作業條件不同，檢修質量方面難免出現差別。在日常檢修方面，對弓網運行產生影響的因素主要有受電弓抬升壓力、碳滑板表面的平整度、同一受電弓的碳滑板的水平角度，接觸線的參數測量、錨段關節、分段絕緣器、匯流排接頭等。

3.3 外部環境因素

沈陽地鐵1號、2號線的弓網異常磨耗均發生在冬季，而且異常磨耗期間均有溫度驟降的情況，因此，推斷冬季溫度變化是弓網異常磨耗的誘因之一，其影響機理還沒得到完全證明，可能是由于冬季溫度降溫導致接觸線角度變化或者出現一些卡滯、硬點等情況。

從現有數據可知，沈陽地鐵1號、2號線弓網異常磨耗均為以上各項因素疊加的結果，非單一變量導致。

4 異常磨耗的整改措施

針對弓網異常磨耗問題，盡早發現處置能夠有效遏制異常磨耗的進一步擴大和惡化。早期弓網異常的現象主要有弓網打火花、拉弧增多、碳滑板出現凹槽、弓網間出現異響等。當出現弓網異常磨耗現象時，應盡快重新構建接觸線和碳滑板之間的良好摩擦關系。

4.1 研判

（1）判斷近期受電弓和接觸線是否進行改造或接觸線Y值是否超標（大于12.5 mm），對受電弓和接觸線進行全面的梳理、排查和精調。

（2）判斷弓網異常磨耗形式。一般情況下，電氣磨耗和機械磨耗均同時存在，應針對磨耗現象，研判以哪種磨耗形式為主。磨耗形式不同，其整改的側重也不同。以機械磨耗為主的碳滑板表面比較粗糙，少見拉弧灼傷現象（圖5）；以電氣磨耗為主的碳滑板表面拉弧灼傷現象較為明顯（圖6）。

（3）從弓網磨耗現象來看，沈陽地鐵1號線電氣磨耗首先增加，隨后機械磨耗快速出現并加劇，后期以機械磨耗為主；沈陽地鐵2號線則以機械磨耗為主，電氣磨耗為輔。

4.2 以機械磨耗為主的整改措施

以機械磨耗為主的整改措施重點要調整受電弓和接觸線之間的硬摩擦狀態。

（1）接觸線打磨。大截面接觸線位置的側棱與碳滑板之間可能出現“鋒刃”現象，互相切削。因此，接觸線專業應對導線側棱進行打磨，將側棱打磨成圓弧狀，避免導線與碳滑板之間出現“鋒刃”現象；此外，還應對曲線的線面和大磨耗位置的線面進行打磨，針對波磨區段進行重點打磨，如截面比較大的位置、錨段關節、經常打火花的位置等。盡量在短時間內將接觸線打磨1 遍，觀察3～4天后再進行1遍打磨。

（2）碳滑板打磨。當碳滑板出現偏磨現象時，弓網之間載流面積小容易產生拉弧，且弓網之間摩擦角度不正常，容易導致碳滑板掉塊，接觸線表面粗糙度增加，磨耗量增大，進而導致弓頭卡滯、弓頭不水平；當出現掉塊現象時，崩邊處產生較為鋒利的棱角，易對接觸線產生切削。因此，同一受電弓前后碳滑板之間的高差要滿足標準，從弓網異常磨耗出現起就應進行碳滑板的打磨。

（3）大截面接觸線更換。接觸線的更換標準為Y值達到12.5 mm左右，但鑒于較大截面接觸線的鋒刃作用，應選擇大截面的接觸線進行更換以恢復弓網狀態。具體標準應視運營實際情況確定，一般可認為10 mm以上的接觸線截面為較大數值。

（4）分段絕緣器精調。弓網異常磨耗期間要時刻關注分段絕緣器的狀態，發現碳滑板與分段絕緣器之間有撞擊的風險時要及時對分段絕緣器進行參數精調，將誤差縮小到最小，同時打磨導流板端部倒角，使碳滑板能夠更加平滑的過渡。對受溫度變化影響較大的柔性分段絕緣器進行技術改造，以消除溫度變化時上網電纜對線索伸縮產生的影響。對正線錨段關節、線岔設備進行精調，在原有非工作支抬高2～4 mm的基礎上，在特殊區段，如原有非工作支始觸區仍存在啃線情況，則將非工作支抬高至碳滑板不撞擊接觸線為宜，最高不超過7 mm，避免硬點的產生。

4.3 以電氣磨耗為主的整改措施

以電氣磨耗為主的整改要盡量調整列車大電流出站的情況，同時也要調整受電弓和接觸線之間的硬摩擦狀態。

（1）調整列車運行方式。對于以電氣磨耗為主的情況，其現象為碳滑板表面拉弧灼傷嚴重，拉弧位置一般位于列車出站位置或進站位置，而且位置比較集中，容易使接觸線受熱變軟，從而出現掉銅屑、銅絲的現象。這種情況下建議將列車自動駕駛（ATO）模式調整為信號監控下的人工駕駛（ATP）模式，也可考慮在個別區段限速，這樣可有效減少拉弧打火現象。

（2）其他整改措施。接觸線打磨、碳滑板打磨、分段絕緣器精調等與機械磨耗為主的整改措施基本一致。

以上是針對弓網異常磨耗的不同形式建議采取的不同措施，但在弓網異常磨耗期間現象多變，應及時研判、及時采取一些有針對性的措施。

5 異常磨耗的預防措施

5.1 機制措施

（1）提高修程標準。受電弓和接觸線的修程應達到精調標準，減小受電弓和接觸線的設備誤差，降低弓網摩擦不良的風險。

（2）接觸線更換和打磨。大截面接觸線在入冬前要進行更換，沒有更換條件的大截面接觸線應進行定期打磨，特別是出現側棱“鋒刃”現象和線面波磨的區段應重點保質保量地打磨。

（3）碳滑板更換。有計劃性地為全線列車更換新碳滑板，盡量避免大批量集中更換，尤其應避免在冬季大批量集中更換。

（4）建立弓網專業聯動機制。弓網專業技術人員對于設備的改造要互相知曉、互相配合，對于弓網之間的異常苗頭性問題要及時溝通，高度重視，共同探討、解決弓網之間的問題。

5.2 技防措施

建議在列車上全線安裝監視弓網打火花等異常狀態的高清攝像頭，隨時監控弓網之間的異常狀態。

5.3 應急物資儲備

為保障弓網異常磨耗期間的物資儲備，建議有弓網異常磨耗風險的線路，儲備1萬m以上的接觸線、 3～4倍于列車在用數量的碳滑板，防止由于物資供貨緊張問題導致的停運風險。