膨胀元件在刚性接触网系统中的使用及其常见问题分析

李懋

摘 要：随着科学的进步，地铁已然成为出行的及必要交通工具之一。在地铁刚性接触网系统中，膨胀元件的使用保证了高速区段列车受电弓在接触网两不同锚段间机械上和电气上平稳过渡，但由于高速区段弓网关系较为复杂，膨胀元件在运营中还是存在较多的问题。本文根据膨胀元件在广州地铁三号线北延段刚性接触网系统中的使用情况，对膨胀元件在使用中出现的不良技术状态进行了分析并根据现场维护经验总结了膨胀元件不良技术状态的调整方法以及日常的维护措施。

关键词：膨胀 元件 刚性接触网 系统

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0055-02

1 膨胀元件简介

接触网膨胀元件作为刚性悬挂机械分段的温度补偿构件，它由两块尺寸相同的铝合金板组成。膨胀元件端部的铝合金板与两边的汇流排端部连接为一体；膨胀元件中部的铝合金板互相平行且错开，可以通过自由伸缩来补偿相邻两锚段铝汇流排热胀冷缩引起的相对移动。相对于安装时的长度，膨胀元件伸缩量即为膨胀接头的温度补偿值。锚段汇流排上的接触线可以连续地延伸并夹持在铝合金板上，以保证受电弓在膨胀接头上平稳滑过及受电，而不会产生任何机械上或电气上的断开现象。膨胀元件适用于列车高速运行的线路。膨胀元件见图1。

2 膨胀元件的使用情况及常见问题

2.1 使用情况

广州地铁三号线及三北线采用刚性接触网，列车运行最高速度达120km/h。为了使列车受电弓高速滑过接触网的两个不同锚段时能在机械上和电气上平稳过渡，接触网系统在设计高速（速度大于80km/h）运行区段（例如三北线嘉禾-龙归区间、龙归-人和区间）的接触网锚段衔接处大量使用了膨胀元件。

2.2 运营中出现的问题

接触网系统中，膨胀元件的使用在保证高速区段列车受电弓在锚段间的机械上和电气上平稳过渡方面起了很大作用，但由于高速区段弓网关系较为复杂，膨胀元件在运营中还是出现了较多的问题。

2.2.1 受电弓经过膨胀元件时产生打火、拉弧

在列车运行过程中，特别是三北线提速后，高速区段的列车经过膨胀元件时，弓网间频繁出现较大的打火花和拉弧现象。

2.2.2 膨胀元件处接触线处存在偏磨

检修过程中发现膨胀元件处接触线存在偏磨，偏磨具体分为两种情况：（1）接触线与受电弓接触的正面无磨耗，而侧面磨耗痕迹较深。（2）膨胀元件所夹持的两支处于同一轨平面且相互平行的接触线，同一小段内，只有其中一支有接触磨耗，而另一支无接触磨耗痕迹。

2.3 膨胀元件处接触线波浪纹

膨胀元件检查时发现，从膨胀元件处沿列车前进方向的同一支接触线，存在较明显的波浪纹（接触线一段磨耗较深，一段磨耗浅甚至未有任何磨耗，看上去形似水波波纹）。

3 问题分析

3.1 膨胀元件状态不良造成打火拉弧

膨胀元件在运行过程中，受自身冷热补偿造成的伸缩以及列车受电弓经过时在机械和电气上相互作用的影响，其本体状态在也会发生变化。膨胀元件状态不良主要体现在两方面：

3.1.1 膨胀元件处夹持的接触线存在硬点

膨胀元件安装在两锚段的交接处，通过两铝合金板相互移动来补偿汇流排的热胀冷缩量。由于两不同锚段汇流排长度不同，其所受的热伸张或冷缩力不同，使得膨胀元件的两铝合金板每次补偿时向两边伸张或向中间收缩的量也不同。这样就造成：膨胀元件两铝合金板经过温度变化引起的多次相互伸缩后，其重心从跨距中心向两侧产生移动。

膨胀元件重心移动后，受其自身重力（膨胀元件重达60kg）影响，膨胀元件在离定位点较远的一端重心处容易下堕。膨胀元件本体下堕会压迫夹持在铝合金夹板上的接触线向下弯曲变形，而此处接触线在受电弓滑过时的冲击力作用下，容易形成硬点。继而出现受电弓通过时撞击硬点出现弓网碰撞打火现象。

3.1.2 膨胀元件处接触线表面不平顺，汇流排出现毛刺

膨胀元件长期运行后，受列车受电弓撞击、刮蹭、打火、拉弧留下的熔蚀坑等影响，接触线表面存在不平顺、汇流排出现毛刺现象。

不平顺的的接触线表面凹凸不平。受电弓滑过不平顺的接触线线面时，电流主要从接触线表面的凸点和碳滑板间形成的电流通路流过。与接触线的平滑处相比，受电弓与不平顺接触线相接触的实际接触面积较小，接触电阻较大。列车取流经过时，电阻较大的接触线凸起处会产生高温。受高软化或熔化的接触线表面铜质材料在受电弓冲击力作用下向列车前进方向飞溅形成新的打火并伴随着对接触线和其它零部件表面造成烧伤、熔蚀损害。

3.2 膨胀元件安装处前后定位点槽钢不水平造成偏磨

在接触线导高正常的情况下，普通定位点处槽钢不水平会造成汇流排及其夹持的接触线倾斜。由于锚段末端的汇流排缺少针对“槽钢倾斜作用在汇流排上的扭力”的阻力，所以其倾斜效果会更明显。由于膨胀元件本体主要由固定在汇流排末端的铝合金板组成，所以汇流排倾斜会带动膨胀元件的铝合金板及膨胀元件本体夹持着的接触线线面倾斜。

槽钢不水平引起的膨胀元件及其夹持接触线倾斜分以下几种情况：

3.2.1 单边槽钢倾斜

单边槽钢倾斜，会造成倾斜的槽钢所对应汇流排夹持的接触线线面倾斜。受电弓经过时，碳滑板同时接触两支接触线，但会造成倾斜支接触线出现偏磨。

3.2.2 两边槽钢分别向相反方向倾斜

两边槽钢向不同方向倾斜，会造成槽钢所对应汇流排夹持的接触线内八字或外八字倾斜，受电弓经过时同时会同时偏磨两支接触线。

3.2.3 两边槽钢向相同方向倾斜

两边槽钢向相同方向倾斜，膨胀元件整体倾斜。若倾斜度较小，受电弓经过时对两支接触线偏磨，但一支偏磨程度较重，另一支较轻。若倾斜角较大则会造成受电弓经过时可能只偏磨其中导高较低的接触线，而与另一支接触线完全不接触。

3.3 受电弓弓头振动造成接触线波浪纹

3.3.1 受电弓弓头振动原因

通过多次查看热滑录像发现：受电经过膨胀元件处，弓头多伴随着振动。对受电弓经过时振动较为强烈的膨胀元件进行测量后发现：沿列车前进方向，与膨胀元件所在跨距相邻的前后两个跨距的跨中部位多存在负驰度。

分析认为：以膨胀元件前后两定位点为支点，膨胀元件受自重下堕造成膨胀元件安装处的相邻跨距的跨中处上翘形成负驰度（若跨中有汇流排连接板，这种现象会更明显），受电弓通过负驰度区域，弓头上弹，与接触线碰撞后，弓头受力下弹，于是弓头开始不均匀振动。

3.3.2 受电弓弓头振动影响

受电弓碳滑板滑过接触线时，若碳滑板处于振动波波峰处，弓网接触压力较大，接触线磨耗较深。若处在振动波波谷处，弓网接触压力较小，接触线磨耗较浅。列车前进过程中，在受电弓非固定周期的上下振动的不均匀的磨耗下，接触线表面形成了连续的波浪纹。

膨胀元件处于两锚段交接处，弓网关系复杂。当受电弓振动的幅度过大时：向上振动，可能撞击接触线，造成严重局部磨耗或打火；向下振动可能发生离线拉弧。除受打火拉弧烧伤损坏外，膨胀元件长期受到受电弓振动影响还会造成其零部件松动、松脱风险。

3.4 膨胀元件伸缩受阻或卡滞

3.4.1 膨胀元件伸缩受阻或卡滞原因

经过对膨胀元件检查，发现膨胀元件伸缩受阻或卡滞主要有两个原因：（1）膨胀元件安装于浮尘较大的地铁隧道中，而膨胀元件的两铝合金板之间特别是视检孔滑动螺栓处容易积尘。灰尘累积造成膨胀元件两铝合金滑板伸缩不畅。（2）膨胀元件视检孔滑动螺栓受铝合金板长期伸缩影响，偏移到了视检孔最端处，卡滞了铝合金板的相互移动。

3.4.2 膨胀元件伸缩受阻或卡滞的影响

膨胀元件两铝合金滑板伸缩不畅，膨胀元件就失去了补偿汇流排热胀冷缩量的功能，而一旦汇流排伸缩量得不到补偿，伸缩力就会在汇流排上堆积。汇流排上的堆积的伸缩力根据作用方向不同会在两方面造成影响。

4 结语

膨胀元件作为列车运行高速区间的刚性接触网锚段间衔接的重点设备，其运行状态的好坏直接影响接触网供电的安全性和可靠性。由于膨胀元件的运行状态受自身因素及外部环境状态影响较大，所以在处理膨胀元件问题时，不但要从膨胀元件自身的状态入手而且还要结合外部因素多方面考虑，例如：列车经过时的弓网关系；膨胀元件安装悬挂处的汇流排、接触线状态；与膨胀元件相关连的定位点处导高是否合理、槽钢是否水平……

在膨胀元件的日常检修和维护过程中，除了进行现场检查，还可以通过核对网轨动态检测数据、查看热滑录像以及登乘巡视等多种方式去跟踪检测膨胀元件运行状态，以便能及时发现问题，及时处理问题，避免问题积叠，对设备造成严重的损害。

参考文献

[1] 何江海.接触网检修工[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2010.

[2] 张道俊，张韬.接触网运营检修与管理[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[3] 李伟.接触网[M].北京：中国铁道出版社，2003.