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

张璐

摘 要：广州地铁二号线是国内第一条采用刚性接触网的地铁线路，从2002年12月29日首通段开通至今近十几年时间，出现的最严重的问题还是接触线磨耗问题。本文以广州地铁二号线为范例通过分析磨耗产生的原因，并通过数据说明了2013年磨耗的变大，对如何减小磨耗以及出现磨耗后该如何处理提出建议。

关键词：广州地铁；刚性接触网；拉弧；取流

中图分类号：U225 文献标志码：A

1 刚性接触网磨耗概述

刚性接触网磨耗主要分为机械磨耗和电气磨耗。机械磨耗是碳滑板和接触线因机械摩擦产生的磨耗。电气磨耗则是因为碳滑板与接触线传导电流a时，因弓网接触不好，弓网发生离线，导致接触线和碳滑板之间产生高温火花，对接触线产生的烧损。在运行中，电气磨耗一定程度上加快了机械磨耗。

1.1 刚性接触网磨耗检查方法

接触线磨耗实际测量中，无法直接测量接触线的磨耗面積，因此，常使用游标卡尺测量接触线的Y值，从而间接求出接触线的磨损程度。

广州地铁二号线使用的接触线为Ris120铜银接触线，线材直径为13.2mm。图1为接触线截面磨耗示意图，阴影部分即为所求的磨耗面积。

刚性接触网用游标卡尺测量接触线的y值，线材半径R=6.6，则

因此，磨耗面积就为

其中，θ可由R，h值求得。

根据《广州地铁刚性接触网大修规程》，当整锚段接触线的磨耗高度达到总高度的一半，接触线出现损伤、锈蚀、裂纹、扭曲及其他缺陷，局部磨耗严重时，需要整锚段或者局部更换接触线。通常情况下，当接触线的Y值大于12mm时，磨耗面积已达到接触线截面积的27.67%，此时，需要对接触线进行更换。

1.2 二号线刚性接触网磨耗现状

广州地铁二号线接触悬挂采用П型刚性架空接触网，根据检修过程中对接触线磨耗测量统计发现，磨耗严重区段主要集中在锚段关节、线岔，列车加速区段、弹性道床区段。此外，汇流排中间接头处也普遍存在磨耗过大的现象。

经数据统计，二号线至2013年为止进行过换线的区域，大部分集中在出站加速锚段，有23处，其中在出站锚段关节处4个；另外减震道床、站台段占6个，区间加速段3个。同时可见更换前接触线磨耗Y值均达到11mm以上。

由表1看出2013年作为转折点，二号线异常磨耗有明显的增大趋势，该问题可从表1及图2中看出，无论换线次数还是更换接触线数量及磨耗严重程度都远远高出往年的平均值。

表1 二号线历年换线数量

年度 二号线换线次数 更换接触线数量

2007年 5 427

2008年 0 0

2009年 7 629

2010年 5 667

2011年 3 370

2012年 3 1014

2013年 12 2643

从图2可知，接触线异常磨耗加剧后对汇流排的损伤是很明显的，很有可能造成严重的硬点，导致短线。

1.3 2013年二号线磨耗增加原因分析

从表2可知，二号线通过每万弓架次的磨耗率有增长趋势。并从表1中得出的2013年二号线共进行12次接触网换线，其中GZ52、GZ34、GZ46、GZ38、Z95锚之前未进行过接触网换线，13年监测中发现磨耗增大，达到换线标准。

GZ51、GZ65、GZ62、GY48锚是第二次换线，表2为两次换线周期的长度及每万弓架次接触线磨耗率，从图3可以看出，进行第二次换线的几个锚段，两次换线周期普遍有所缩短。从图4可以看出，比较两个换线周期内，每万弓架次接触线的磨耗率可以看出，其磨耗率普遍有所增大。

针对2013年二号线磨耗异常增加，可从行车密度角度加以分析，从2号线运营方式的调整上看，自2013年1月起启动早高峰三元里——江泰路小交路运行以来，老二号线区段接触网经过的电客车弓架次有所增加，加剧了接触线磨耗。

2 二号线刚性接触网磨耗分析

在刚性悬挂中，汇流排没有弹性，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。弓网摩擦与弓网压力以及接触线线面、受电弓滑板之间接触面的情况有关，受电弓对刚性悬挂的静态抬升力一定时，动态情况下柔性接触悬挂由于弹性的存在其弓网压力要比刚性小，所产生的机械摩擦也相应小一些，接触线和碳滑板产生的磨耗自然也就小了。

2.1 受电弓碳滑板对刚性接触网磨耗的影响

在刚性接触网中碳滑板的自身磨耗比柔性接触网磨耗大。二号线当前使用的碳滑板已由进口设备改用国产设备，其更换周期较之前缩短。以国产碳滑板为例，刚投入使用时，碳滑板厚度为19mm，经过3个月的磨耗，碳滑板剩余厚度多在8mm左右，接近更换标准。

碳滑板在实际运营中，受拉出值的影响，在碳滑板两侧离中心约100mm～200mm，会产生两个磨耗最大的凹槽。在列车加速段时，此现象更加突出，从而加速接触网和受电弓之间的电气磨耗，烧损接触线和受电弓。

由于碳滑板的凹凸不平，接触线的磨耗也同样不均匀，尤其在凹槽处，接触线会产生严重的偏磨现象。通过分段绝缘器时，凹槽也会使得分段导流板产生严重的偏磨，从而存在严重的接触网运行风险。

在实际运行过程中，受电弓振动非常剧烈，尤其是在弹性道床区段。受电弓振动剧烈，而刚性接触网无弹性，受电弓与接触网之间不存在动态耦合，因此弓网压力变化就比较大，受电弓会对接触线产生变化量较大的冲击力，使接触线线面出现硬点，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，剧烈变化的弓网压力使得受电弓无法保持与接触线的良好接触，当弓网压力变为零时会出现离线，导致拉弧，烧伤接触线，使线面出现麻点，影响接触线线面质量。机械和电气双重作用，加剧了接触线磨耗的扩大。碳滑板导致接触线磨耗的地方大致还有以下两点：

（1）受电弓通过分段绝缘器时，受电弓碳滑板不能同时接触分段绝缘器的导滑板，不能同时良好地接触分段绝缘器连接两侧供电分区的导滑板，出现拉弧现象，烧损导滑板和分段绝缘棒和其他零部件。

（2）受电弓从侧线通过线岔进入正线时，碳滑板凹槽与下部的正线刮蹭，可能导致正线出现磨耗异常增大甚至偏磨。

2.2 受电弓的抬升力对刚性接触网磨耗的影响

二号线列车静态升弓保持力为（120±10）N；处于正线时，受电弓高度降为4040mm，其抬升力稳定保持为120N。由于刚性接触线无弹性，因此当受电弓抬升保持一定值时，碳滑板和接触线将出现较大的机械磨耗，并进一步加大接触线的电气磨耗。

2.3 接触网布置方式对弓网关系与刚性接触网磨耗的影响

广州地铁二号线架空接触网采用正弦波形布置方式，在刚性接触网的正弦波形布置情况下，經过多次磨耗后，受电弓碳滑板的形状将会出现中间磨损较小，两端磨耗较大的情况，而柔性接触网的“之”字形布置情况下，受电弓碳滑板的形状较容易保持原来的平滑程度。需要提出的是，刚性接触网正弦波布置的周期越大，距离受电弓中心一定距离处碳滑板与接触线的作用时间就越长；随着刚性接触网接触线工作面的磨耗增大，距离受电弓中心一定距离处碳滑板与接触线的作用时间就越长，对碳滑板的磨耗程度就越大，从而对弓网关系产生不良影响，导致接触网异常磨耗进一步加大。

3 对于刚性接触导线异常磨耗问题的解决

从上面的分析可知，架空刚性接触悬挂接触线的异常磨耗对运营有较大风险，同时，接触线不均匀磨耗和碳滑板还存在着恶性循环的关系，即接触线相对于受电弓中心的磨耗不均会造成碳滑板的凹凸不平，碳滑板凹凸不平会进一步加剧接触线的不均匀磨耗，随着时间的推移，接触线的异常磨耗也会导致汇流排受损，导致更严重的接触网事故。对于设备维护部门来说，这种问题必须得到解决，所以，在实际维修中，一般采用接触网换线来解决磨耗过大的问题。

3.1 接触网专业应对磨耗的解决措施

接触线磨耗的应对主要为日常检修调整和局部（整锚段）更换接触线。

3.1.1 检修调整

检修参数调整作为应对磨耗的主要措施，在日常生产作业中有较强的可操作性。对于这些未明显影响弓网运行的磨耗位置，可通过调整接触线导高或拉出值，以改善接触线运行情况，缓解磨耗加大的速度。对此，每月一次的网轨检测中出现的超限定位点整改是发现和改善磨耗的重要机会，一级超限点应尽可能做优化调整，二级超限点则务必安排作业和人员进行严格整改。调整的原则为保证隧道内接触线4040mm、误差正负5mm的基础上。

此外，在对接触网其他零部件进行日常检修时，对于锚段关节、线岔、分段绝缘器、刚柔过渡等处，要重点检查，保证受电弓的过渡平滑，接触线工作面应平行于两轨面连线，按规定力矩要求进行螺栓紧固等。同时应重点加强对紧固件的检查，特别是对汇流排中间接头、汇流排定位线夹与绝缘子连接的检查，对于锚段关节和线岔转换处接触线的磨耗情况，分段绝缘器接头平滑过渡状况，以及有无电气烧伤痕迹，都需特别留意。

3.1.2 局部换线

刚性接触网局部换线的前提条件是对一个锚段内个别点接触线磨耗Y值大于12mm的进行局部更换，或一个锚段内接触线有多处磨耗的，其中有一个点Y值是12mm的。

拆除局部磨耗超限的接触导线并更换新线。首先，紧固中锚的调节螺杆，清除汇流排上的杂物。确定接触线需做接头的断线点位置。之后，安装放线小车，对接触线从锚段终端开始卸除。最后，用钢锯切割，截面处理好后可将新接触线与原有接触线用断线线夹接好观察其接头处是否符合要求。

装线时，调整好原有接触线，将新导线从线盘放出，确定线面方向，新导线穿过放线小车与原接触线对接，通过放线小车将距端头约1000mm处的新接触线镶嵌入汇流排后向接头方向放线，放至距接头处约100mm段用橡胶锤将接触线敲入汇流排。由车辆带动前进，牵引支架可进行调整使牵引方向始终位于汇流排正下方，并注意相关细节问题。

3.2 其他专业设备上应采取的措施

加强与轨道专业、车辆专业沟通协作。由于接触线的磨耗问题与车辆受电弓有关，因此在做好自身设备维护的同时，也必须加强受电弓的检查。例如：当碳滑板凹凸超过1mm～2mm时，建议车辆专业部门人员对碳滑板进行打磨，使其工作面平滑。调整碳滑板凹槽较深处所对应点接触悬线的偏移值，减少此处碳滑板被磨耗的概率，使碳滑板尽可能地受到均匀的磨耗等。

结论

广州地铁2号线运行十余年的经验表明，接触网接触线磨耗问题的解决程度对接触网正常运行起着至关重要的作用，本文通过分析接触线磨耗的原因，从理论上探讨解决磨耗问题的方法。同时考虑到接触网是服务于行车，接触网的磨耗问题应该和车辆受电弓磨耗问题结合起来加以解决。二者作为轨道交通系统中供电系统与车辆系统这两个重要部分，应密切配合，对接触网接触设备以及车辆受电弓设备等参数的选择应尽可能进行共同商讨，以达到两个系统协调运行的目的，保证运营质量。

参考文献

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