地铁弓网异常磨耗分析
来源:用户上传
作者:
【摘 要】针对地铁接触线和受电弓碳滑板异常磨耗情况进行分析，对磨耗产生的成因，影响磨耗的因素进行分析，提出了磨耗控制的优化措施。
【关键词】地铁；接触网；受电弓；磨耗
一、引言
天津地铁6号线全线全长42.5km，地上段和车辆段采用柔性接触网供电方式，地下段采用刚性接触网供电方式。自2016年8月开通以来，弓网关系配合较为良好，受电弓碳滑板平均磨耗率在1.5mm/万公里左右。2017年12月检修时发现碳滑板平均磨耗率激增至5.1mm/公里，个别碳滑板磨耗率达到10mm/万公里左右。但在2018年1月碳滑板磨耗率又下降至3mm/万公里，并在2、3月份回归正常。接触网受电弓是关系地铁运营安全的关键部件，本研究将对其磨耗原因进行分析，并提出相应的解决对策，为今后再次出现磨耗率上升提供参考。
二、弓网磨耗产生的原因
无论是刚性接触网还是柔性接触网，弓网系统的磨耗主要有机械磨耗、电气磨耗和化学磨耗。其中，化学磨耗又称腐蚀磨耗，即在腐蚀环境下溶解、生锈，而又在滑动中加速了磨耗。电气磨耗是指电离子转移和电弧熔融喷溅，前者是金属离子沿电流方向移动，而成为引起“均质粘结”类粘结磨耗的加速因素。机械磨耗通常又分为粘结磨耗、硬粒磨耗和疲劳磨耗。受电弓与接触网动态运行的过程中，通过滑动接触取流，因此会出现由于弓网系统燃弧时的电弧热和电流流过接触电阻的发热以及摩擦生热而带来的机械磨耗（尤其是粘结磨耗）、电弧熔损、喷溅等在内的各种损耗。另外，温度升高带来的接触线的氧化以及材料硬度的变化也在一定程度上会加剧磨耗。引起弓网磨耗异常的因素较多，主要体现在以下几个方面：
1.受电弓因素
地铁架空接触网采用的电压等级为DC 1500V，多采用银铜合金接触线配浸金属碳滑板。对于浸金属碳滑板，按TB/T 1842.2—2002《电力机车受电弓滑板浸金属碳滑板》中表3的规定，磨耗后滑板高度为12 mm 时，其使用寿命应大于7.5 万公里。碳滑板的电阻率、洛氏硬度、体积密度、抗压强度、抗折强度等参数应满足标准要求。碳滑板出现异常情况应及时打磨或者更换。受电弓静抬升力的变化也会造成磨耗异常，按照EN50119的要求，受电弓静态抬升力一般为120±10N。
2.轨道因素
接触网的导高、拉出值参数均基础轨道平面调整，如轨道参数调整势必会引起接触网参数变化。接触网专业应与工务专业建立有效沟通机制，在轨道调整或者换轨后应及时调整接触网参数。此外，刚性接触网没有弹性，受电弓抬升产生的力无法得到缓解，全部施加在接触线上，因此弓网之间冲击力远大于柔性接触网。在实际运行过程中，在弹性道床区段受电弓振动较为剧烈。弓网压力变化较大，受电弓对接触线的冲击力，易使接触线出现硬点，硬点的出现又进一步加剧了受电弓通过该处时的振动，形成恶性循环。与此同时，受电弓振动会导致弓网离线，形成燃弧。在机械和电气双重作用下，会加剧了接触线磨耗的扩大。在必要时可试用汇流排弹性线夹，增加刚性接触网的弹性，吸收受电弓对接触线的冲击力。
3.环境因素
夏季时，地下隧道与外部环境温差较大。空气中的大量水蒸气在列车活塞风的作用下进入隧道后遇到汇流排，在其表面形成水珠。接触线表面附着水珠一方面会影响受电弓取流，另一方面会加速接触线和汇流排的锈蚀。因此要优化隧道环境，排出隧道中的积水，必要时可采用加强隧道排风的方式降低区间空气湿度。
4.新旧线路混跑因素
弓网之间在新线运行时存在磨合期，如存在新旧线路混跑也会加剧弓网磨耗。
5.车载信号控车方式因素
信号控车方式变化，电客车受电弓取流变化和突增，造成弓网电气磨耗增大。电客车出站时需要大电流，大电流时碳滑板会加剧电气磨耗，目前信号系统动车方式为：P50牵引3秒，随后1秒内增加级位至P100，牵引至约50km/h，惰行2秒，P100加速至目标速度（AW0时，最大牵引电流为2662A）。如条件允许应尽量优化ATO设计，降低启动电流能有效较少加速度的接触线磨耗。
6.接触网因素
接触网应着重优化导高、拉出值，重点排查分段绝缘器、锚段关节、汇流排中间接头、接接触网应着重优化导高、拉出值，重点排查分段绝缘器、锚段关节、汇流排中间接头、接触线硬点等情况，保持接触网良好的运行状态。
三、接触网磨耗的分析与措施
1.接触线磨耗
排查接触网未见明显异常磨耗发生，重点对民权门至新开河约2km区段的上下行磨耗位置（①悬挂点②锚段关节③线岔④中锚⑤跨中⑥中间接头期⑦其他）、其他信息（①启动段②上坡③下坡④曲线段⑤分段绝缘器⑥钢柔过度）、导高值、拉出值、磨耗分别进行统计分析，测得有效数据2237组。上行平均磨耗量3.3mm，磨耗率18.64%，下行平均磨耗量3.7mm，磨耗率21.92%。
2.拉出值分布
根据设计图纸，6号线接触网拉出值按照“之”字形分布，起始分布点为绝缘锚段关节处，拉出值范围为+250mm～-250mm，符合规范要求。根据动态检测和静态检测数据分析，拉出值基本呈“之”字形分布。但也可以发现部分点位拉出值曲线出现折角，说明拉出值分布并非完美的“之”字形。结合碳滑板磨耗集中在距离中心线左右各100mm的情况，应进一步进行优化，特别是列车加速段的拉出值应均匀分布，避免集中在±100范围内。一方面要统计全线定位点拉出值，记录磨耗“重灾”区域的定位点拉出值进行重点标记；第二方面是统计受电弓滑板的偏磨位置，对两者进行比较分析。从理论角度而言，受电弓滑板的偏磨位置应该是磨耗频率最频繁（即全線拉出值出现概率最高）以及容易引发严重磨耗的特殊区段（如列车出入站位置）拉出值对应的滑板位置。“优化”的目标是尽量使受电弓磨耗均匀地分散在受电弓滑板上。 3.导高
刚性接触网标准导高为4050mm，允许误差为±5mm。根据刚性接触网定位点分布特点，每隔8-10米设置一处定位点。大部分处于4050±5mm以内，部分超限导高，数值偏差较小，偏低为跨中正常自然下垂，偏高为跨中非正常负驰度。综合静态检测和动态检测数据分析，接触网导高基本符合要求，定位點导高调整较为合理，跨中导高偏差较大，应尽量优化，尤其要避免因汇流排线夹卡死导致的非正常偏差。值得注意的是，2017年8-10月，我们对全线定位点导高进行了大范围的调整。将原有的导高4050±5mm，调整为4050±2mm，调整点位约占总体定位点数量的60%。
4.接触网关键部件
接触网关键部件包括：分段绝缘器、锚段关节、线岔、刚柔过渡、汇流排中间接头。应保证其参数均在正常范围内。
5.导电膏的影响
在排查中，我们还发现在接触线放线时，施工单位使用了过量的导电膏附着在接触线表面。随着时间的影响，导电膏表面附着大量的灰尘、铁粉并硬化。硬化的导电膏导致碳滑板和接触线之间接触电阻增大，引发燃弧现象，进一步加剧了弓网磨耗。
四、结论
通过此次弓网异常磨耗的排查分析，我们认为接触网定位点大范围导高参数的调整是造成磨耗异常的根本原因。但拉出值的分布不完善，导致了碳滑板磨耗较为集中，优化后可延长碳滑板的使用寿命。接触线表面附着导电膏也在一定程度上加剧了磨耗速度。
参考文献：
[1]喻展.刚性接触网磨耗分析[J].城市快轨交通，2009，22（5）：84-87.
[2]方岩，吴积钦，唐浩，王秀红，刘兰.地铁受电弓滑板磨耗分析[J].电力机车与城轨车辆，2018，41（4）：18-22.
[3]胡道春，孙乐民，上官宝，张永振.电弧能量对浸金属碳滑板材料载流摩擦磨损性能的影响[J].摩檫学学报，2009，29（1）：36-41.
[4]张宽发，何莉.刚性接触网弓网异常磨耗预防性措施[J].城市轨道交通研究，2015，（11）：102-105.
[5]郝思伟.弓网故障的原因分析及预防措施[J].中国水运，2007，07（08）：42-43.
[6]张梦双，伍尚志，贺翔，黄硕.广州地铁3号线北延段受电弓碳滑板异常磨耗原因分析[J].价值工程，2018，（05）：133-134.
[7]张璐.广州地铁二号线刚性接触线磨耗分析研究报告与应对措施[J].中国新技术新产品，2018，（10）：96-98.
[8]谭冬华.架空刚性悬挂弓网磨耗异常的分析与解决办法[J].电气化铁道，2007，（1）：29-32.
（作者单位：天津轨道交通运营集团有限公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14738729.htm
