地鐵剛性接觸網(wǎng)弓網(wǎng)磨耗關(guān)系淺析

地鐵剛性接觸網(wǎng)弓網(wǎng)磨耗關(guān)系淺析摘要:剛性接觸網(wǎng)弓網(wǎng)磨耗主要包括機械磨耗和電氣磨耗兩種，這兩種類型的磨耗大部分同時發(fā)生且相互影響。本文分別從影響受電弓碳滑板磨耗和影響接觸線磨耗的兩個方面的因素，分析弓網(wǎng)磨耗問題產(chǎn)生的原因。為有效改善弓網(wǎng)間的磨耗，提出相應(yīng)的建議:優(yōu)化剛性接觸網(wǎng)的布置方式、特殊地段增加彈性部件、接觸線選型、注重檢查、精修細(xì)檢等。關(guān)鍵詞：接觸線碳滑板弓網(wǎng)關(guān)系磨耗剛性接觸懸掛因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、無斷線隱患、費用較低、安裝維護方便等特點，現(xiàn)已成為我國地鐵地下線路的接觸網(wǎng)首選類型。通過對運營線路統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，剛性接觸網(wǎng)較多存著接觸線磨耗不均勻、受電弓碳滑板不規(guī)則磨耗、局部接觸線磨耗率大等問題，這些磨耗問題，不僅會使弓網(wǎng)關(guān)系變差，影響受流質(zhì)量，而且還會縮短接觸線和受電弓碳滑板的使用壽命，增加運營維修成本。1存在的問題接觸線局部磨耗大：在實際運營中，接觸線出現(xiàn)不均勻磨耗主要集中在列車出站加速區(qū)段、減振道床區(qū)段、絕緣錨段關(guān)節(jié)、匯流排中間接頭等地方。正常情況下接觸線磨耗至匯流排才需更換，但如個別點或區(qū)段的接觸線磨耗嚴(yán)重，接近磨到匯流排，而其他地方的接觸線還未達到換線標(biāo)準(zhǔn)時，接觸線就必須整個錨段或局部進行更換，以廣州地鐵二號線為例，作為國內(nèi)第一條采用剛性懸掛接觸網(wǎng)的線路，已經(jīng)運營十年多的時間，部分區(qū)段接觸線運營4～5年磨耗就達到需換線程度（表1）（圖1）。表1近年廣州地鐵二號線部分換線記錄圖1接觸線磨耗嚴(yán)重圖2受電弓碳滑板磨耗嚴(yán)重受電弓碳滑板磨耗凹凸不平：在長時間運營后，受電弓碳滑板的磨耗呈不均勻分布（圖2），具體表現(xiàn)為：受電弓碳滑板工作面的形狀不規(guī)則且起伏不平；最大拉出值處（±200mm）受電弓碳滑板磨耗嚴(yán)重，形成較深的凹槽。為保證弓網(wǎng)間保持良好的關(guān)系，在實際運營中，當(dāng)受電弓碳滑板凹槽深度達到一定深度時，需要對受電弓碳滑板進行打磨，使其表面平滑。當(dāng)碳滑板最薄點厚度小于5mm時，需更換碳滑板。部分受電弓碳滑板的更換周期也縮短為原來的4/5。因此，碳滑板不均勻磨耗不僅降低了受電弓碳滑板的利用率，縮短了受電弓碳滑板的使用壽命和更換周期，導(dǎo)致運營維護成本大量增加。接觸線不均勻磨耗和碳滑板磨耗凹凸不平之間還存在著一種惡性循環(huán)關(guān)系，即接觸線相對于受電弓中心的拉出值分布不合理會造成碳滑板的凹凸不平，碳滑板凹凸不平會造成接觸線的不均勻磨耗。隨著時間的推移，碳滑板的凹凸不平會更明顯，接觸線的不均勻磨耗也會更嚴(yán)重。2磨耗原因分析2.1受電弓碳滑板磨耗原因分析理想情況下，受電弓碳滑板的磨耗應(yīng)如圖3所示為圓滑的曲線，要達到這種狀態(tài)，理論上要求接觸線相對于線路中心的偏移拉出值呈正態(tài)分布（圖4），以廣州地鐵現(xiàn)行的幾條剛性懸掛接觸網(wǎng)對比分析（廣州地鐵2、3、8、廣佛線的正線均采用剛性懸掛接觸網(wǎng)），幾條線的列車受電弓碳滑板均出現(xiàn)不同程度的磨耗，其中以2號線的受電弓碳滑板磨耗尤為嚴(yán)重，這是因為廣州地鐵2號線作為第一條采用剛性懸掛接觸網(wǎng)的線路，缺乏相應(yīng)的設(shè)計經(jīng)驗，線路接觸線布置為之字型，導(dǎo)致接觸線在受電弓碳滑板上的摩擦概率和磨耗時間分布不均勻。與接觸線相互接觸的次數(shù)較多，其磨耗也就較大；與接觸線相互接觸的次數(shù)較少，其磨耗也就較小。這樣，隨著運行時間的增長，受電弓碳滑板就會呈現(xiàn)出凹凸不平的不規(guī)則磨耗情況（圖2）。其他線路的接觸線拉出值采用接近正態(tài)分布的正弦波布置，受電弓碳滑板總體磨耗情況良好。圖3碳滑板理想磨耗狀態(tài)圖4接觸線拉出值正態(tài)分布圖2.2接觸線局部磨耗原因分析2.2.1在列車出站加速區(qū)段，列出取流增大，弓網(wǎng)關(guān)系處于波動狀態(tài)，沖擊力及接觸壓力都不穩(wěn)定，不僅造成弓網(wǎng)間的機械磨耗增大，而且造成弓網(wǎng)間的離線率增大，弓網(wǎng)間電接觸不良會導(dǎo)致接觸電阻增大，大電流產(chǎn)生的熱量使接觸點局部區(qū)域的溫度升高軟化接觸線，易產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，對受電弓滑板和接觸線產(chǎn)生較大的電氣磨耗，加速此區(qū)段接觸線的磨耗速率，導(dǎo)致接觸線工作面出現(xiàn)不平滑的現(xiàn)象，嚴(yán)重時會燒損碳滑板和接觸線。2.2.2在減振道床區(qū)段，道床增加了彈性，在列車行進時會造成受電弓碳滑板處于振動狀態(tài)，而剛性懸掛接觸網(wǎng)因彈性差，無法對受電弓碳滑板的振動進行緩沖，導(dǎo)致弓網(wǎng)間的接觸壓力不穩(wěn)定，使弓網(wǎng)間的離線率增大，導(dǎo)致減振道床區(qū)段接觸線的磨耗較大。2.2.3絕緣錨段關(guān)節(jié)處，正常情況下其兩端的供電臂由與之相鄰的牽引變電所分別供電，當(dāng)受電弓碳滑板在短接絕緣錨段關(guān)節(jié)兩個供電臂的瞬間，由于存在電勢差會在短接處會產(chǎn)生電火花或電弧，對接觸線和受電弓碳滑板造成電氣磨耗。2.2.4當(dāng)列車高速通過匯流排中間接頭處時，由于受電弓碳滑板的接觸壓力和沖擊力無法緩解，造成整個架空剛性懸掛接觸網(wǎng)處于振動狀態(tài)，在其長期綜合作用下，會造成匯流排中間接頭的螺紋滑牙，進而造成匯流排中間接頭零部件松動，產(chǎn)生馳度，形成硬點，造成中間接頭處接觸線的磨耗較大。接觸網(wǎng)硬點是造成受電弓離線的重要原因之一，受電弓離線對列車牽引電機、受電弓、接觸網(wǎng)、牽引變電所都有危害。3建議措施3.1優(yōu)化剛性懸掛接觸網(wǎng)的布置在進行剛性接觸網(wǎng)設(shè)計時，全線接觸線拉出值的分布應(yīng)呈正正弦波布置；剛性接觸網(wǎng)的懸掛跨距宜為6～8m，不應(yīng)大于10m；在變坡區(qū)段，根據(jù)車輛的運行速度，接觸線的坡度宜為2‰～5‰。減小匯流排的形變。3.2特殊地段采用彈性部件剛性接觸網(wǎng)因其結(jié)構(gòu)特點彈性較小，受電弓在運行中的上下震動不能得到緩沖或釋放，會加大弓線間的機械磨耗或電氣磨耗，因此應(yīng)根據(jù)線路與剛性懸掛安裝的具體情況（如出站加速區(qū)段、減震道床區(qū)段、變坡區(qū)段等），加裝硅膠彈性絕緣子、彈性線夾等彈性部件，增大懸吊結(jié)構(gòu)的彈性，改善弓網(wǎng)關(guān)系的跟隨性，達到減小弓網(wǎng)機械磨耗及降低其離線率的目的。3.3選擇有效接觸面更大的接觸線廣州地鐵2號線接觸網(wǎng)采用的是截面積為120mm2的銀銅合金接觸線，而廣州地鐵3號線與廣佛線是采用的截面積為150mm2的平底接觸線，如圖5所示。弓網(wǎng)接觸區(qū)域，在微觀上總是呈現(xiàn)凹凸不平，即在實際接觸中只有少數(shù)小面發(fā)生接觸，業(yè)界通常把這種接觸小面稱為“接觸斑點”，而列車受流是通過少數(shù)接觸線與受電弓的接觸斑點導(dǎo)流的，而接觸斑點越多，過渡電阻越小，運行中弓網(wǎng)過渡點的發(fā)熱就越小。由于兩種接觸線的形狀不同，150mm2的接觸線有效接觸面比120mm2的大，150mm2接觸線與碳滑板接觸斑點要多于120mm2接觸線，因而發(fā)熱量更小，電流通過性更好。故在其他條件相同的情況下，150mm2的接觸線磨耗要小于120mm2的接觸線。圖5120mm2接觸線與150mm2接觸線圖示3.4注重檢查、精檢細(xì)修在接觸網(wǎng)日常檢修作業(yè)中，應(yīng)重點加強對緊固件的檢查，特別是對匯流排中間接頭的檢查，檢查匯流排有無側(cè)磨；重點測量和檢查錨段關(guān)節(jié)和線岔轉(zhuǎn)換處接觸線的磨耗情況；檢查分段絕緣器接頭平滑過渡狀況，以及有無電氣燒傷痕跡。建立重點磨耗臺賬，對磨耗嚴(yán)重的區(qū)域進行跟蹤檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)接觸線產(chǎn)生偏磨或局部磨耗過大時，應(yīng)及時進行調(diào)整，以降低接觸線磨耗的不均勻性，必要時進行接觸線局部或全錨更換。在實際運營中，加強對受電弓碳滑板的檢查。當(dāng)受電弓碳滑板表面凹凸不平處高差超過2mm時，對受電弓碳滑板進行打磨，使其工作面平滑，當(dāng)碳滑板最薄點厚度小于5mm時，需要更換碳滑板，以確保運營安全。4結(jié)束語接觸網(wǎng)作為地鐵供電系統(tǒng)的重要組成部分，不具有后備性，一旦出現(xiàn)接觸網(wǎng)系統(tǒng)故障，直接影響地鐵列車的正常運行。研究弓網(wǎng)關(guān)系的磨耗對地鐵安全運營具有重要意義，通過必要的措施改善弓網(wǎng)關(guān)系，減少兩者的磨耗，延長碳滑板和接觸線的更換周期，以實現(xiàn)降低運營維修