地鐵剛性接觸網異常磨耗分析整治及預防方案

摘 要：剛性接觸網在城市軌道交通中應用較廣，近年來多城市均發生剛性接觸網接觸線異常磨耗現象，接觸線磨損增加并出現拉絲現象，嚴重影響運營安全。現分享廣州地鐵二、三號線剛性接觸網異常磨耗的應急整治經驗，并結合現場與理論分析接觸網異常磨耗產生的原因，同時對接觸網異常磨耗的預防方案進行了闡述。

關鍵詞：剛性接觸網；異常磨耗；整治經驗；預防方案

中圖分類號：U231.94" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）06-0072-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.06.019

0" " 引言

廣州地鐵二、三號線2019年及2020年底發生接觸網異常磨耗、受電弓碳滑板磨耗速率加快事件，對運營安全造成嚴重影響；同時，近年來全國其他地鐵包括上海、鄭州、深圳和南昌等都出現同類異常磨耗情況，因缺乏整治經驗，運營管理者處理整治該類問題比較棘手。

鑒于此，本文分享了廣州地鐵二、三號線剛性接觸網異常磨耗的應急整治過程，并對接觸網異常磨耗產生的原因進行了分析，同時對接觸網異常磨耗的預防方案進行了闡述，對剛性接觸網弓網異常磨耗處置具有一定的指導意義。

1" " 弓網異常磨耗概況

2019年12月8日至2019年12月28日、2020年12月30日至2021年1月19日兩個時間段，廣州地鐵二、三號線先后出現弓網異常磨耗，主要表現為接觸線線面剮擦、拉絲，顏色呈現金屬銅色，以及匯流排異常剮擦；受電弓碳滑板表面粗糙、析銅，磨耗率急劇上升，嚴重的已磨到鋁托架。下面詳細闡述接觸網和受電弓異常磨耗情況。

1.1" " 接觸網異常磨耗情況

接觸線在拉出值150～200 mm范圍內出現異常剮痕，接觸線表面表現出的顏色是呈現金屬性質的銅色，并且接觸的表面有較為粗糙的質感，呈現出拉絲一樣的形狀，個別區域的接觸線表面有剮出銅絲的現象，車頂出現銅絲，同時匯流排側面出現異常剮擦痕跡，如圖1所示。

接觸網專業從2019年12月14日開始對全線熱滑情況進行跟蹤分析：弓網間弓網打火拉弧情況較同年10月、11月有明顯增加，主要表現為打火拉弧位置數量增加、弧光增大、燃弧時間長、有火星濺射現象；且存在接觸線與碳滑板劃過后，碳滑板位置仍存在高溫發光的情況。

1.2" " 受電弓碳滑板異常磨耗情況

受電弓碳滑板距離中心線150～200 mm位置磨耗率短期內大幅提高，表面較為粗糙，有析銅現象，嚴重時已接近磨到鋁托架。

統計2019年12月份以來的磨耗數據，發現12月9日—16日三號線、三北線所有列車碳滑板普遍存在磨耗率異常急劇上升的問題，如表1所示。

2" " 整治過程

接觸網專業以對接觸線進行打磨、拋光為主，同時開展熱滑作業，具體開展情況如下：

1）第一輪接觸線打磨、拋光。投入大量人力利用3天時間完成全線受損接觸線第一輪打磨、拋光，消除了接觸線線面棱形刮痕；對部分第一次打磨過的接觸線進行檢查，檢查發現部分接觸線的線面有新增剮痕，線面兩側毛刺較多。

2）第二輪接觸線打磨、拋光。接觸網專業用細砂紙（500目、800目）、尼龍拋光片對三號線、三北線全線被剮蹭的接觸線進行第二次打磨、拋光。21日至22日凌晨跟蹤第二次打磨、拋光過的接觸線，線面有新增剮痕，剮痕程度較輕，線面兩側有細小毛刺。

3）每日開展熱滑作業監控弓網關系，特殊位置安裝定點監控攝像頭對弓網狀態進行監控。

車輛專業以3天為周期對所有車碳滑板進行檢查，要求碳滑板厚度不得低于27 mm，同時對滑板厚度大于27 mm、凹槽深度大于3 mm或者不能圓弧過渡的碳滑板，使用600目的砂紙配套工裝打磨處理，確保弓網接觸良好。

經過接觸網專業兩輪打磨處理及車輛專業的檢查整治，接觸線線面趨于正常，碳滑板磨耗率逐漸降低至正常水平。

3" " 原因分析

根據廣州二、三號線弓網異常磨耗現象以及整治過程中積累的經驗，以問題為導向，排除相關穩定不變量：主要為接觸網導高拉出值、接觸線更換頻率、碳滑板更換頻率、碳滑板材料工藝以及受電弓抬升力等，可以得出弓網異常磨耗是在一定的環境下，由于其他因素的累積疊加，弓網之間的良好匹配關系遭到破壞，弓網系統難以自動修復，且異常磨耗情況進一步擴大，人為介入以上措施后才得以控制。分析總結后主要存在以下兩個變量：環境濕度和弓網輪廓匹配。

3.1" " 環境濕度影響

從2021年8月開始，接觸網專業在隧道的關鍵典型部位安裝了溫濕度監測裝置對隧道內的環境溫度和濕度進行采集，同時比對現場設備呈現出的狀態，可以得出以下結論：

1）隧道里的環境溫度變化較小，沒有太大的突變情況；而相對濕度的變化是比較大的，相對濕度存在突變現象。

2）在相對濕度驟降時，降低接近30%，檢查碳滑板發現有些滑板的外表存在輕微的異常磨耗形狀，形狀表現為深溝狀，并且在距離碳滑板中心200 mm的范圍能夠發現滑板的表面以及棱邊位置是較為粗糙的，呈現氧化膜的現象較為不明顯；同時，接觸線表面也存在個別位置線面粗糙的現象。

3）在相對濕度增加、高于30%時，檢查碳滑板發現犁溝狀磨耗現象及接觸線局部表面線面粗糙的現象逐步減少。

通過現場檢查情況，結合文獻的理論分析可知：相對濕度對剛性弓網系統接觸線和滑板的磨損有重要影響。剛性接觸網—受電弓系統使用的滑板材料是浸金屬碳材料，接觸線是銅銀合金接觸線[1]。研究表明，相對濕度可以作用于石墨界面和銅之間的轉移膜，從而影響到材料載流摩擦學的性能變化。當相對濕度低于30%時，石墨的潤滑效果將無法得到保證，在碳滑板和接觸線之間就不容易形成一層氧化膜，滑板與接觸線之間近似干摩擦[2]。而受電弓滑板洛氏硬度為110HR5/1 470，接觸線洛氏硬度為54HR5/1 470，滑板材料硬度約為接觸線材料硬度的2倍，滑板材料的磨屑對接觸線形成犁削作用，從而在接觸線表面形成大量的犁溝，使滑板和接觸線之間的接觸面變得更為粗糙，加大了滑板和接觸線的機械磨損和電弧燒蝕，從而引起了滑板和接觸線材料的異常磨耗[3]。

3.2" " 弓網輪廓匹配

接觸線局部磨耗與碳滑板凹槽共同作用，受碳滑板凹槽影響，碳滑板與局部磨耗接觸線不能完全接觸，弓網間存在間隙放電導致接觸線與碳滑板燒蝕，加劇電氣磨耗；極端情況下，經過現場試驗可知，拉出值為180～200位置接觸線磨耗剩余厚度≤3 mm，碳滑板凹槽高差≥4 mm（即凹槽斜邊的角度≥12°），如圖2所示，碳滑板剮擦匯流排側面，進而導致離弓，引起更大的拉弧，接觸線及碳滑板磨耗進一步惡化，嚴重的會引起弓網故障。

4" " 預防方案

4.1" " 修訂維修規程

1）制定日常打磨周期。

接觸網專業對處于出站臺及站臺兩個錨段的剛性接觸網接觸線的剩余外露的厚度小于4 mm的位置進行定期跟蹤和檢查，每個季度對接觸線兩側棱角以及毛刺的地方進行打磨[4]。

車輛專業對碳滑板的表面進行檢查，重點是距離中心線的位置-240～240 mm范圍內的凹槽處，對凹槽斜邊的角度大于12°或者不能圓弧平滑過渡的地方進行打磨處理[4]。

2）提高更換標準。

剛性接觸網接觸線更換標準由匯流排不能直接與碳滑板摩擦，調整為匯流排夾持口外的接觸線最小厚度應不低于3 mm。

3）監測隧道溫濕度。

在隧道內安裝溫濕度監測儀，日常定期查看溫濕度數據，冬季大降溫干燥季節，每天查看隧道環境溫濕度數據，相對濕度下降明顯時，應啟動相應預防措施。

4.2" " 制定干燥季節維修策略

1）啟動條件。

干燥季節，車輛、接觸網專業每天查看隧道環境溫濕度數據，相對濕度降至30%時啟動。

2）特殊維護周期。

一種情況是從相對濕度下降到了20%起到相對濕度開始回升后兩周時間范圍，另一種情況是從相對濕度下降到了30%起到相對濕度開始回升后一周的時間范圍。

3）制定特殊的維修策略。

（1）在進行弓網設備日常維保過程中，應加強對受電弓碳滑板及接觸網接觸線表面狀態的關注，特別是出現顏色或粗糙程度異常時，應結合設備維護進行拍照留存，如有異常，及時通報。

（2）碳滑板表面跟蹤、打磨：碳滑板表面出現粗糙和析銅需及時用600目或以上砂紙打磨，加密碳滑板檢修頻次（1次/周），根據碳滑板磨耗率實時調整更換標準。

（3）加密接觸網熱滑頻次（1次/周）。

（4）接觸線針對性跟蹤、打磨。

對拉出值在±（180，200）范圍內的接觸線進行一次有針對性的打磨；每條線選擇2處拉出值在（180，200）的位置，定期檢查接觸線線面狀態（2次/月）；對重點磨耗區段磨耗（接觸線剩余厚度≤4 mm）加密跟蹤檢查（2次/月）。

4）跟蹤碳滑板磨耗率，若磨耗率快速增長至正常情況的4倍及以上，啟動應急處置工作。

4.3" " 備件儲備

為做好接觸線異常磨耗情況下的應對與處理工作，提前儲備充足的備件及工器具。備件方面主要為接觸線、碳滑板，確保備件充足；工器具主要為接觸線打磨工裝、打磨機、砂紙等，用于接觸線、碳滑板的打磨和拋光。

4.4" " 專業聯動

剛性接觸網異常磨耗的預防與處理涉及多個專業，因此各專業的聯動顯得尤為重要。特別是接觸網和車輛專業，在預防與監測階段，接觸網專業與車輛專業應搭建起順暢的信息交流平臺與渠道，及時通報各專業設備的情況，以便出現異常情況時能夠迅速做出應對。

5" " 結束語

本文基于廣州地鐵二、三號線連續兩年的弓網異常磨耗的處理、跟蹤、分析與試驗，得出造成弓網異常磨耗的因素主要有環境濕度和弓網輪廓匹配兩個方面。結合現場整治過程，分享了干燥季節弓網異常磨耗整治經驗，同時為預防類似事件的發生制定了預防方案，對國內同行遇到類似情況的處理具有一定的指導意義。

[參考文獻]

[1] 黃樹智，肖敬義，賀祖團.城市軌道交通運營后期弓網異常磨耗整改及預防措施[J].現代城市軌道交通，2022（5）：68-72.

[2] 王星星，辛順，吳睿渲，等.不同相對濕度下銅-石墨配副載流摩擦性能研究[J].河南科技大學學報（自然科學版），2022，43（3）：9-13.

[3] 張哲，張松，都業林.空氣濕度對剛性接觸線和受電弓碳滑板磨耗影響的試驗研究[J].鐵道機車與動車，2023（1）：18-20.

[4] 邱偉明，賀佳琦.廣州地鐵三號線弓網異常磨耗分析及解決方案[J].技術與市場，2023，30（3）：57-60.

收稿日期：2023-11-21

作者簡介：舒斯龍（1988—），男，江西人，城市軌道交通供電工程師，研究方向：城市軌道交通運營技術管理。