浅析地铁刚性接触线异常磨耗及其治理措施

程小科

摘 要：通过对重庆轨道交通六号线接触线异常磨耗现象的统计，结合接触线磨耗测量结果、车载弓网动态监测系统的数据，分析了接触线异常磨耗产生的原因。有针对性的提出解决方案，可有效减少异常磨耗的产生、延长弓网系统的运行寿命，提高弓网系统的接触质量，提高设备可靠性。

关键词：刚性接触网;接触线;磨耗;燃弧

中图分类号：U279.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）07-0157-02

1 接触线异常磨耗存在的问题及影响

1.1 接触线运行中存在的异常磨耗问题

重庆轨道交通六号线在地下段采用刚性接触网供电，部分区段接触线磨耗不均匀，在某些区段接触线磨耗较快，且工作面不光滑，有凹凸不平的现象和电弧烧伤的痕迹。

1.2 接触线异常磨耗存在的影响

（1）弓网配合关系变差。接触线出现异常磨耗时，其表面凹凸不平，受电弓与其接触时存在垂直方向的反作用力，使弓网接触压力发生变化，导致弓网离线、产生电火花甚至燃弧现象，对弓网设备及取流质量均产生恶劣影响。（2）接触线寿命降低，增加运营成本。刚性接触网锚段长度约230米，异常磨耗一般存在于锚段的某一区段，当该区段磨耗将近汇流排时，必须对整锚段的接触线进行更换，这样因锚段的某一点或某一区段异常磨耗而引起的接触线整锚段更换极大程度地增加了运营成本。

2 刚性接触线异常磨耗产生的原因

接触线的磨损主要分为三部分：机械磨损、电气磨损、化学磨损。机械磨损是在摩擦力的作用下产生的磨损，主要有黏着磨损、硬粒磨损和永久性磨损，在大多数情况下以黏着磨损为主。电气磨损是指电离子转移和电弧熔损。前者在电流的作用下不可避免地会加速碳滑板和接触线的磨耗;电弧熔损主要是由电弧侵蚀接触材料而引起的损耗。化学磨损也称为腐蚀磨损，在雨雪、冰表面沉积尘埃等情况下产生溶解和腐蚀的现象，使摩擦副的滑动摩擦加剧，加速磨耗。导线磨耗全过程[5]，如图1所示。从图中可以看出，影响磨耗的因素主要有列车速度、滑板种类、导线材料、受电弓条件、车辆状况、轨道条件、电流等。

根据重庆六号线磨耗测量记录，除开通时间较长的五里店-礼嘉区间均磨耗在1.41mm外，其余区段的刚性接触网接触线磨耗值均在1mm以内，而磨耗值大于3mm的有35个锚段，异常磨耗到限更换锚段主要为出站第一、二锚段（0-400米），结合异常磨耗发生的位置与列车运行速度、位置情况，异常磨耗点大多位于列车出站后，二次牵引提速的区域。

2.1 列车出站加速区段牵引电流对接触线磨耗的影响

根据列车ATO模式驾驶时，出站后0-400米之间的牵引电流曲线，车辆加速时段（100%牵引工况），列车牵引电流最大，单个受电弓最大牵引电流可达1587A。

根据重庆地铁六号线在线监测装置磨耗测量曲线及静态年度磨耗测量结果，将磨耗按列车开行速度进行分区统计，各区间出站加速区段接触线剩余值小于其余区段，即加速区段平均磨耗大于区间平均磨耗。故列车在出站加速区段的大电流工况下，接触线磨耗较区间其他区域大。

2.2 列车出站加速区段弓网燃弧对接触线磨耗的影响

电弧是一种强功率的放电现象，在断开数十千安的短路电流时，电弧的温度能达到上万摄氏度甚至更高，烧损是电弧对接触线带来的主要影响[1]。在滑板与接触线的离线间隙被击穿后，接触线被电弧加热，高温导致接触处材料的软化甚至熔化，使机械磨损程度更加严重。而熔化的金属不需要很大的作用力就会从接触线表面喷溅出来，导致接触线表面损坏，甚至引起接触线的断线。当接触线表面损坏后，其表面坑洼不平，当受电弓高速经过此异常位置时会增加燃弧几率，从而形成加速接触线磨耗及碳滑板磨耗的惡性循环。

重庆六号线使用的在线监测装置，可以收集燃弧数据。以2018年为例，共计发生燃弧2041次，燃弧发生的位置主要集中在列车出站加速区段0-400米范围内，同时现存异常磨耗位置也集中在该区段，弓网燃弧多的区段接触线异常磨耗也多，如图2和图3所示。

前面已经分析了出站加速区段电流存在最大值，而列车加速到75Km/h的速度大致需要250米，根据燃弧对接触线的热侵蚀理论，弓网燃弧时，列车速度越慢，燃弧对接触线的伤害越大，故列车在出站加速区段大电流与低速度的特性，使得该区段弓网燃弧对接触线的电蚀效果最大化。

综上所述，造成接触网异常磨耗的主要原因是列车在出站加速区段的大电流工况以及在该工况下出现的弓网燃弧导致的电气磨耗。

3 刚性接触线异常磨耗的治理措施

根据上述分析结果，要提高弓网系统的接触质量，延长弓网系统的运行寿命，减少异常磨耗的产生，就需要尽量减少出站区域的电流峰值以及燃弧发生的概率。

3.1 改善弓网弹性

根据重庆六号线在线监测统计，弓网燃弧大部分发生在刚性区段，柔性区段燃弧现象较少，且异常磨耗锚段均发生在刚性区段，此现象说明刚性接触网从结构上存在跟随性不良，弹性较差的先天缺陷，针对这一问题，可采取在出站加速区段定位点处安装弹性线夹的方式予以改善，根据资料显示，安装弹性线夹后，可改变刚性接触网的弹性，使接触网保持较好的动态性能，减少离线概率，从而减少燃弧的发生概率[3]。

3.2 降低出站牵引电流

根据重庆地铁列车驾驶试验，列车使用ATO驾驶模式100%牵引工况时，受电弓最大牵引电流为1587A左右。当列车以手动驾驶P2（50%牵引）加速运行时，受电弓最大牵引电流约为1050A。通过电流与速度关系可以看出列车在55km/h-75km/h的速度运行时，ATO模式下（100%牵引工况）电流在1450A—1587A，手动驾驶模式下电流在767—1050A。手动驾驶模式下的牵引电流明显小于ATO模式，故改变列车出站时牵引级数可有效降低电流峰值，达到减少燃弧能量的效果。

3.3 改善弓网摩擦副工作状态

3.3.1 精细化调整接触网导高

接触网与受电弓要保持良好的接触状态，接触线个点相对于轨面的高度应保持等高，其施工误差应控制在一定范围之内，若某个点或某一段接触线相对轨面高度发生较大的变化时，运行中的列车受电弓来不及发生变化，会导致离线燃弧现象发生，故将接触网各点对轨面高度调整一致能减少弓网离线的概率，从而减少燃弧的概率。

3.3.2 精细化调整受电弓滑板平直度

运营过程中的受电弓碳滑板存在一定的磨损，使滑板表面凹凸不平，列车运行时，滑板存在两个方向的运动，一是列车运行方向的顺线路运动，二是接触网拉出值方向的横线路运动，拉出值方向运动时，因滑板凹凸不平会造成受电弓垂直方向存在反向作用力，导致弓网接触力发生变化，从而增加离线燃弧概率的发生，故运营过程中应适时对受电弓滑块进行打磨，控制其平直度对控制弓网燃弧具有一定的积极作用。

4 结语

通过现场大量的检测数据分析，在列车出站侧加速区段的大电流工况下，以及该区段较多的弓网燃弧是引起接触线不均匀磨耗的主要原因，适当的改善弓网弹性、降低出站牵引电流，改善弓网摩擦副工作状态能在一定程度上缓解不均匀磨耗现象，对现场检修维护带来便利。

参考文献

[1] 吴积钦.弓网系统电弧的产生及其影响[J].电气化铁道，2008（2）：27-29.

[2] 吴积钦，钱清泉.弓网系统电弧侵蚀接触线时的热分析[J].铁道学报，2008，30（3）：31-34.

[3] 陈吉刚.利用弹性线夹优化刚性接触网的动态性能[J].城市轨道交通研究，2014，17（8）：73-77.

[4] 周玮，臧春艳，何俊佳.电气参数和机械参数对继电器直流电弧的影响[J].中国电机工程学报，2006，26（19）：151-155.

[5] 卜俊.温度对弓网系统载流磨损的影响[D].西南交通大学，2010.

[6] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].西南交通大学出版社，2003.