无锡地铁2号线转向架接地线断裂原因分析与对策

伍波

摘要：针对无锡地铁2号线车转向架接地线断裂的问题，分析接地线断裂的原因，断裂后对列车产生的影响，以及对此制定的整改预防措施。

关键词：转向架;接地线;断裂;原因分析;对策

1、概述

无锡地铁2号线在2018年3月19日19：40，在梅园折返线，司机报02021车驾驶室右侧有一声巨响，并带有火花，5车Hb显示灰色，高断分和合灯不亮，司机停妥后复位合高断，故障消失。列车回库后检查發现02025车1转左侧转向架与车体接地线GRD1805断开，电缆断开后与三轨接触，导致接地，列车下线。

2、现场调查

2.1回库无电检查

列车回库后，对检查0202列车体与转向架之间的接地线;转向架构架跟轴端回流线进行了排查。

2.1.1接地线排查情况

发现1转左侧转向架与车体接地线GRD1805断开，断裂情况如下图所示。

由上图可见：

GRD1805电缆（接地用）上端与车体连接部位折断，折断部位下垂，下垂部位低于轨面，折断端部绝缘层有明显的烧灼痕迹。

折断处电缆断面导电铜芯较新，未见整体氧化迹象。折断接线端子处，电缆铜芯有氧化现象，氧化表面呈现浅绿色痕迹，氧化面积约占50%。

由此可见，该GRD1805接地电缆折断，折断后与三轨接触，导致0202列车高压电源短路，高速断路器起保护的故障现象。

排查后发现0202列，2、3、6、7转向架接地线均有不同程度的松动，未见断裂。普查所有列车，0203车及其之后列车转向架接地线均正常。

2.1.2回流线排查情况

由上图可见：

回流线：构架与车轴连接线，下端与车轴连接部位折断，折断部位由于有绝缘护套防护，仅由绝缘护套连接。

折断处电缆断面导电铜芯表面发黑，整体氧化明显。折断接线端子处，电缆铜芯有氧化现象，氧化表面呈现浅绿色痕迹，氧化面积约占90%以上。

由此可见，部分回流线已经折断，折断处电缆与接线端子处氧化情况不一致，导线处比端子处氧化情况恶劣。

对所有列车回流线进行排查，排查结果如附件1：《无锡2号线接地回流线普查统计表》所示，由统计结果该处有38根回流线异常（折断、断股等）。

2.1.3折断情况调查

折断部位调查，不论是接地、还是回流电缆，折断部位在电缆与接线端子压接部位，处于压线钳压接后的根部，如下图所示。

折断处主要集中在接地线上端（与车体连接处）;回流线下端，与轴端接地装置连接部位。从断裂位置分析，该处由于转向架与车体、以及转向架构架与轮对间的长期运动，导致电缆压接处疲劳断裂。

前期优化整改情况调查，2013年10月16日，浦镇公司设计开发部对无锡2号线接地线进行了优化设计，将接地线电缆优化为接地编织线，如图10所示。去除绝缘层，避免局部与接线端子的应力集中，增加导线的柔软性。由于首2列车已经下线，当时优化时，未考虑首2列车。

另外，基于后续2015、2016年，苏州、杭州等项目出现接地电缆折断的故障，设计开发部，对接地回流电缆尤其是回流电缆，采用变径接线端子的方式，如图11所示。变径端子，采用两次压接的方式，首先是将电缆中的导线与接线端子压接，然后再将电缆（含绝缘层）与接线端子后部压接。通过2次压接，有效的降低了上述易折断部位的位移及运动，避免了电缆在接线端部压接处断裂。该变径端子已在苏州项目运用。

2.2 拉脱力调查

2号线接地线和回流线的线缆均为120平方，供应商为耐克森，电缆型号为：EN 50382-2 3600V 120 F 120℃ XZ;载流能力526A。

将故障电缆压接变径端子，进行拉脱力，以及将电缆铜绞线进行1/3破坏后进行拉脱力测试。

根据标准NFF 00363试验方法，对该接地回流电缆进行拉脱力测试，根据标准，120mm2对应的拉脱力应不低于5200N。线径与拉脱力的对应表单如图12所示。

采用如图13所示的方法，对无锡项目接地回流电缆进行拉脱力测试。测试结果如下：

采用一端变径端子与一端普通端子进行拉脱试验。拉脱力达到13679.41N时，变径端子才出线拉脱现象。说明变径端子和普通端子都满足5200N的拉脱力要求。

对现车拆下的接地、回流线两端进行拉脱力测试。

车体侧接线端子拉脱力为18307.88N、转向架侧接线端子拉脱力为17024.71N。均满足5200N的拉脱力标准要求。

对内部已有断股的接地端子进行拉脱力测试，接线端子内侧的铜绞线进行1/3破坏后进行拉脱力测试，拉脱力可达到14865N，均满足拉脱力标准。

上述试验可知：变径端子拉脱力满足标准要求;导线断股对纵向拉脱力影响不是很明显。

3故障时回流情况分析

3.1 回流设计

无锡2号线在Tc车设置有两个接地回流装置，在M车设置有4个回流装置;本车的接地回流装置互为冗余。布置方案如下图17所示：

正常时，按车各自受流回流，故障时可以邻车补充方式进行回流。当某一路回流线路出现故障时，电流流将通过其他工作正常的回流装置进行回流，有足够的冗余性，能够确保回流功能可靠地实现。

3.2 故障时电流流向

故障时，当某一车回流全部断裂时，由于转向架轮对与构架间的一系弹簧采用绝缘橡胶隔离（大于100兆欧），回流无法正常通过该车轴端正常回流，会通过构架-->车体-->车体间等势连接线-->相邻车体-->构架-->轴端回流的冗余回流方式进行回流。

3.3故障时载流能力

基于故障排查情况，发现0216车回流线最为恶劣，整车20个回流装置，其中1车断两根，4车断两根，5车断三根，顾选取0216车做为分析对象。

Tc车回流电流约为240A，M车单车回流电流约为476A，整车总回流电流约为2384A。接地回流装置额定工作电流为400A。

以0216车为例，整车能正常工作的接地回流装置为14个，及每个接地装置平均电流为2384/14=170A。该电流远小于单个接地回流装置的额定工作电流，接地回流装置载流能力为400A/台。

再从电缆方面看，用于回流电路的电缆型号为EN 50382-2 3600V 120 F 120℃ XZ，其载流量为526A，也完全满足故障情况下回流电流的需求。

综上所述，列车在回流的设计和器件的选型上均有足够的冗余性，即使在整车出现多个回流故障点的情况下，也可以确保车辆的正常工作。

4 原因分析及对策

由上述调查分析，可以初步判断，故障原因是由于列车转向架与车体之间频繁运动对电缆的扭曲的、拉拽等，使接地、回流电缆长期处于频繁受力的过程，产生的疲劳断裂。

为避免后续再出现类似故障的发生，浦镇公司将进行如下整改：

1.对01，02列车接地线全部进行更换，采用铜绞线，且改变走线方式，首两列车的接地方式与后21列接地方式保持一致。

2.对车体与转向架之间的连接线（包含接地、回流线），增加防脱支架，避免电缆折断后脱落的风险。

对现有接地回流线进行加固处理。在原汇流排安装板上加装一个Z型支架，安装管吊，固定电缆。可以有效避免电缆脱落的风险。

3.将带绝缘层的回流电缆线号位置后移，露出压接部位，便于后期维护检查。

4.转向架回流线全部更换，采用变径接线端子方式。

无锡地铁集团有限公司运营分公司，江苏无锡 214000