淺談有軌電車接觸網(wǎng)局部磨耗異常

張竹林 張小寧

1. 蘇州高新有軌電車有限集團有限運營分公司 江蘇 蘇州 215000；

2. 同濟大學城市交通研究院 上海 200092

引言

現(xiàn)代有軌電車做城市軌道交通的主要交通工具之一，在運營服務(wù)方面具有低碳環(huán)保、運量適中、方便快捷、準點舒適等眾多優(yōu)點，在建設(shè)上具有投資少，建設(shè)周期短，在城市規(guī)劃中作為地鐵線的補充起到關(guān)鍵作用，受到廣大市民青睞，因此國內(nèi)有軌電車的建設(shè)也進入了高速發(fā)展階段，部分有軌電車采用技術(shù)相對成熟的觸網(wǎng)供電，作為接觸網(wǎng)供電，接觸網(wǎng)的磨耗必不可少，因此對于降低接觸網(wǎng)磨耗是作為供電運營管理者需進一步研究的課題。

1 蘇州有軌電車1號線接觸網(wǎng)運營現(xiàn)狀

蘇州有軌電車1號線全線25km，全線目前與社會道路在22個交通路口，14座站臺，當電車通過路口、站臺等位置時，根據(jù)行車規(guī)定都會有相應(yīng)的限速以及通過后進行相應(yīng)提速過程，在這種情況下對弓網(wǎng)的相互參數(shù)調(diào)整要求及其重要，否則對受電弓的取流、碳滑板的磨耗以及接觸線的磨耗都會大大增加。蘇州有軌電車1號線2014年10月試運營至今已有8年時間，接觸線通過受電弓架次約40萬弓架次，接觸網(wǎng)運行至今，總體上運行狀態(tài)穩(wěn)定。但是仍然有局部區(qū)位存在局部磨耗異常情況，并且磨耗速度隨著時間的推移逐漸加快。

2 磨耗異常分析

通過運行檢修發(fā)現(xiàn)蘇州有軌電車1號線接觸線磨耗異常位置絕大部分處在出分段絕緣器1.5m左右的范圍內(nèi)。對于磨耗異常相對較大的主要有3處，具體位置分別在09-43下行分段絕緣器小里程電纜線夾處、02-54#上行分段絕緣器大里程電纜線夾處、03-55#上行分段絕緣器大里程電纜線夾處。并對以上接觸線進行長期監(jiān)測，具體磨耗數(shù)據(jù)如下，表1。

表1 接觸線磨耗記錄

2.1 接觸線運行分析

09-43接觸網(wǎng)桿處接觸線磨耗異常，根據(jù)蘇州有軌電車運行時刻表，可以推算出2019年11月30日至2021年2月9日這段時間內(nèi)各個階段接觸網(wǎng)通過的受電弓架次，其中2020年12月12日進行了相關(guān)調(diào)圖，詳見表2。

表2 09-43受電弓架次計算

接觸線磨耗比=接觸線磨耗面積/通過受電弓架次。通過表1和表2可以計算出09-43處接觸線和受電弓通過架次各階段的磨耗比，2019年11月30日至2021年2月9日為1.89mm2/萬弓架次，2021年1月27日至2021年2月9日為15.8mm2/萬弓架次。

02-54、03-55接觸網(wǎng)，根據(jù)蘇州有軌電車運行時刻表，可以計算出2022年02月18日至2022年05月18日，該接觸線通過受電弓架次為1.33萬次。02-54接觸網(wǎng)桿處接觸線磨耗比通過計算為0.922mm2/萬弓架次；03-55接觸網(wǎng)桿處接觸線磨耗比通過計算為1.859mm2/萬弓架次；

接觸線磨耗可采用接觸線磨耗比進行分析，接觸線磨耗掉的高度和通過的弓架次成正比關(guān)系，每萬弓架次磨耗應(yīng)≤0.015mm2。由此可見以上3處接觸線磨耗率均超出規(guī)范要求。

達到局部磨耗百分比33%，應(yīng)局部切斷后做接頭。根據(jù)目前磨耗速度計算，可大致得出通過弓架次要達到32.65萬，依據(jù)運行圖計算，09-43接觸網(wǎng)桿處接觸線磨耗到33%時所需時間大約為6.2年。但是因磨耗速度會隨著線徑的減小隨著線阻的增大等多方面因素，接觸線的使用實際年限往往小低于計算值。

但是根據(jù)09-43接觸網(wǎng)桿處2021年1月27日至2021年2月9日時間段接觸線的磨耗量飆升至15.8mm2/萬弓架次。因此可以得知當剩余線徑到一定量時，接觸線磨損速度會加快，若按照此數(shù)據(jù)同等方法計算，線徑由14.09mm磨至9.43mm僅需8個月左右就達到規(guī)程要求限值。

2.2 磨耗異常原因分析

通過圖1，我們可以看出蘇州有軌電車1號線09-43處接觸網(wǎng)正好為第九、十供電分區(qū)交接處，該處安裝了分段絕緣器，同時處在社會交通路口處。

圖1 09-43接觸網(wǎng)位置示意圖

根據(jù)司機駕駛習慣，電車通過路口時有一個減速過程，一旦通過路口后會有一個較大的加速。同時02-54和03-55處接觸網(wǎng)處于一個上坡的區(qū)段，當車輛經(jīng)過時牽引功率也會隨之加大。

由于受電弓與接觸網(wǎng)是兩個不同的振動子系統(tǒng)，在動態(tài)受流的過程中難免會出現(xiàn)燃弧，帶來接觸線的機械和電氣磨耗，以及不同環(huán)境條件下可能帶來的化學磨耗[1]。通過初步分析接觸線磨耗異常主要在以下幾個方面：

2.2.1 分段絕緣器受安裝形式限制，目前安裝只有一側(cè)有兩根平衡桿將其吊住，無法保證絕對的平衡，當有軌電車通過時，接觸網(wǎng)和有軌電車受電弓震動不處在同一個頻率上，會導(dǎo)致弓網(wǎng)接觸不良現(xiàn)象發(fā)生，增加打火拉弧現(xiàn)象。

2.2.2 由于下行車輛通過09-43接觸網(wǎng)前需要通過鄧蔚路路口，司機往往會又一個減速過程，一旦車輛通過路口，車輛會增加一個大的牽引，來進行提速，此時車輛取流也會大大提高，拉弧現(xiàn)象也會提高。

2.2.3 受電弓抬升力大小不合適造成磨耗加劇。在受電弓滑動過程中，若弓網(wǎng)間的抬升力過小，會增大接觸網(wǎng)間的接地電阻，造成功耗損耗加大且極其容易產(chǎn)生離線及拉弧現(xiàn)象，從而導(dǎo)致受電弓的碳滑板與接觸線表面灼傷，形成粗糙的接觸面，加大受電弓與接觸網(wǎng)的磨耗。若受電弓抬升力過大，會造成受電弓碳滑板磨耗加大，長期下去碳滑板形成局部凹槽，進而造成接觸線彈跳拉弧，加劇接觸線磨耗[2]。

3 存在隱患

據(jù)統(tǒng)計2021年軌道交通系統(tǒng)重大故障中就有兩起接觸網(wǎng)故障，分別為2021年4月3日，深圳地鐵2號線世界之窗至紅樹灣下行區(qū)段接觸網(wǎng)塌網(wǎng)，中斷運營5小時58分，導(dǎo)致受電弓等設(shè)備故障，直接造成損失17萬。以及2021年8余額26日，深圳地鐵4號線紅山站至清湖站下行區(qū)間發(fā)生接觸網(wǎng)斷裂故障。造成紅山站至清湖站下行區(qū)間中斷運營2小時11分鐘，上行區(qū)間中斷運營約1小時24分鐘，導(dǎo)致受電弓等設(shè)備故障，直接造成損失14萬。因此解決此類接觸線磨耗異常問題迫在眉睫，否則將會在運營維護成本方面加大投入，同時在有軌電車運營安全方面存在重大隱患。

根據(jù)蘇州有軌電車接觸網(wǎng)簡單懸掛特點、《接觸網(wǎng)檢修規(guī)程》以及結(jié)合接觸線磨耗和損傷程度、接觸線最大載流、機械強度和安全系數(shù)來進行綜合判斷主要隱患為以下幾點：

3.1 行車安全方面

接觸線局部磨耗過大，增大接觸線與受電弓的離線率及機械磨耗，由于受電弓與接觸線間的接觸不良以及接觸線的線徑變小將會進一步增大電阻，從而產(chǎn)生大量熱量，又因為有軌電車運營基本屬于開放室外，其在運行過程中收到外部異物、雨水等影響提高線路短路概率。導(dǎo)致接觸線局部位置快速升溫，致使接觸線局部軟化，長期運行將會進一步加大接觸線的磨耗以及接觸線的溫度升高，嚴重時可能會出現(xiàn)接觸線燒斷現(xiàn)象[3]。同時隨著接觸線磨耗的增大，接觸線承載的張力也會逐漸變小，一旦不滿足張力安全系數(shù)時，甚至會導(dǎo)致接觸線斷線，同時會引起受電弓的二次傷害，從而引發(fā)重大行車安全事故。

3.2 運營成本方面

當接觸線異常磨耗過大，受電弓與接觸線之間的工作面不平整，將會進一步加速受電弓碳滑板的磨耗，降低碳滑板壽命，據(jù)不完全統(tǒng)計，因弓網(wǎng)關(guān)系不良，碳滑板使用壽命將會縮短至原有壽命的2/3。同時因接觸線異常磨耗過大，接觸線的使用壽命也會大大縮短，正常情況下會因為某一處接觸線磨耗異常達不到運營安全標準，從而導(dǎo)致整個接觸線錨段1500m左右的接觸線需要進行更換處理（因有軌電車接觸線采用柔性簡單懸掛安裝形式，正常情況不建議對接觸線做接頭處理）。不管是在人力成本上還是物資成本上都會加大運營投入。

4 應(yīng)對措施

通過現(xiàn)場參數(shù)排查，09-43接觸線離落錨處距離為300m左右，距離相對較短，可以先將接觸線磨耗異常部位裁剪，然后在落錨組件處加長鋼絲繩，將整個接觸線向09-43接觸線分段絕緣器處，確保接觸線運行正常。

多部門共同研究，進一步優(yōu)化調(diào)整弓網(wǎng)關(guān)系，其中觸網(wǎng)專業(yè)可以從接觸線分段絕緣器安裝形式、接觸線拉出值、張力和導(dǎo)高等方面著手，車輛專業(yè)可以從受電弓抬升力、受電弓左右擺動范圍等方面著手。接觸網(wǎng)專業(yè)通過對接觸線拉出值和分段安裝方面進行調(diào)整。接觸線分段絕緣器選取一處由原來的兩點懸吊固定平衡改為四點懸吊固定平衡。車輛專業(yè)也對受電弓抬升力進行多次調(diào)整以及調(diào)后狀態(tài)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，同時車輛加強受電弓部位的檢修。

如圖2所示，車輛在惰性時，車輛所需的牽引力最小，因此有軌電車電車受電弓的取流值也相應(yīng)最小。在同等工況下取流值變小就能夠有效改善弓網(wǎng)間拉弧情況，接觸線的電化學腐蝕就會相應(yīng)減小。因此可以重點在行車組織方面著手想辦法解決接觸線磨耗嚴重問題。在09-43接觸網(wǎng)桿分段絕緣器處增加惰性行駛提示牌，當車輛通過分段絕緣器后再解除惰性行駛提示?？梢杂行p小拉弧現(xiàn)象，降低電化學腐蝕。

圖2 牽引力與速度關(guān)系圖

通過采取以上措施，安排接觸網(wǎng)工班檢修人員進行為期15天50列次車輛經(jīng)過觀察，發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)間拉孤先現(xiàn)象大大減少，緊緊出現(xiàn)7列次輕微拉弧現(xiàn)象，43列次的車輛通過未出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，且弓網(wǎng)關(guān)系得到改善，經(jīng)檢修發(fā)現(xiàn)接觸線磨耗基本與正線保持一致。

5 結(jié)束語

接觸線異常磨耗受眾多因素影響，通過本文分析蘇州有軌電車1號線接觸線磨耗異常主要受到分段絕緣器安裝形式限制、電車通過路口后提速加牽引以及車輛受電弓抬升力與接觸網(wǎng)的匹配等因素，引起該處接觸線震動導(dǎo)致弓網(wǎng)關(guān)系無法達到最優(yōu)狀態(tài)，加劇弓網(wǎng)拉弧現(xiàn)象發(fā)生，而產(chǎn)生的電化學反應(yīng)。最終通過采取車輛通過路口后繼續(xù)惰行，通過分段絕緣器后再進行提速，有效地降低了拉弧現(xiàn)象的發(fā)生，降低該處接觸線的磨耗。