浅谈有轨电车接触网局部磨耗异常

张竹林 张小宁

1. 苏州高新有轨电车有限集团有限运营分公司 江苏 苏州 215000；

2. 同济大学城市交通研究院 上海 200092

引言

现代有轨电车做城市轨道交通的主要交通工具之一，在运营服务方面具有低碳环保、运量适中、方便快捷、准点舒适等众多优点，在建设上具有投资少，建设周期短，在城市规划中作为地铁线的补充起到关键作用，受到广大市民青睐，因此国内有轨电车的建设也进入了高速发展阶段，部分有轨电车采用技术相对成熟的触网供电，作为接触网供电，接触网的磨耗必不可少，因此对于降低接触网磨耗是作为供电运营管理者需进一步研究的课题。

1 苏州有轨电车1号线接触网运营现状

苏州有轨电车1号线全线25km，全线目前与社会道路在22个交通路口，14座站台，当电车通过路口、站台等位置时，根据行车规定都会有相应的限速以及通过后进行相应提速过程，在这种情况下对弓网的相互参数调整要求及其重要，否则对受电弓的取流、碳滑板的磨耗以及接触线的磨耗都会大大增加。苏州有轨电车1号线2014年10月试运营至今已有8年时间，接触线通过受电弓架次约40万弓架次，接触网运行至今，总体上运行状态稳定。但是仍然有局部区位存在局部磨耗异常情况，并且磨耗速度随着时间的推移逐渐加快。

2 磨耗异常分析

通过运行检修发现苏州有轨电车1号线接触线磨耗异常位置绝大部分处在出分段绝缘器1.5m左右的范围内。对于磨耗异常相对较大的主要有3处，具体位置分别在09-43下行分段绝缘器小里程电缆线夹处、02-54#上行分段绝缘器大里程电缆线夹处、03-55#上行分段绝缘器大里程电缆线夹处。并对以上接触线进行长期监测，具体磨耗数据如下，表1。

表1 接触线磨耗记录

2.1 接触线运行分析

09-43接触网杆处接触线磨耗异常，根据苏州有轨电车运行时刻表，可以推算出2019年11月30日至2021年2月9日这段时间内各个阶段接触网通过的受电弓架次，其中2020年12月12日进行了相关调图，详见表2。

表2 09-43受电弓架次计算

接触线磨耗比=接触线磨耗面积/通过受电弓架次。通过表1和表2可以计算出09-43处接触线和受电弓通过架次各阶段的磨耗比，2019年11月30日至2021年2月9日为1.89mm²/万弓架次，2021年1月27日至2021年2月9日为15.8mm²/万弓架次。

02-54、03-55接触网，根据苏州有轨电车运行时刻表，可以计算出2022年02月18日至2022年05月18日，该接触线通过受电弓架次为1.33万次。02-54接触网杆处接触线磨耗比通过计算为0.922mm²/万弓架次；03-55接触网杆处接触线磨耗比通过计算为1.859mm²/万弓架次；

接触线磨耗可采用接触线磨耗比进行分析，接触线磨耗掉的高度和通过的弓架次成正比关系，每万弓架次磨耗应≤0.015mm2。由此可见以上3处接触线磨耗率均超出规范要求。

达到局部磨耗百分比33%，应局部切断后做接头。根据目前磨耗速度计算，可大致得出通过弓架次要达到32.65万，依据运行图计算，09-43接触网杆处接触线磨耗到33%时所需时间大约为6.2年。但是因磨耗速度会随着线径的减小随着线阻的增大等多方面因素，接触线的使用实际年限往往小低于计算值。

但是根据09-43接触网杆处2021年1月27日至2021年2月9日时间段接触线的磨耗量飙升至15.8mm²/万弓架次。因此可以得知当剩余线径到一定量时，接触线磨损速度会加快，若按照此数据同等方法计算，线径由14.09mm磨至9.43mm仅需8个月左右就达到规程要求限值。

2.2 磨耗异常原因分析

通过图1，我们可以看出苏州有轨电车1号线09-43处接触网正好为第九、十供电分区交接处，该处安装了分段绝缘器，同时处在社会交通路口处。

图1 09-43接触网位置示意图

根据司机驾驶习惯，电车通过路口时有一个减速过程，一旦通过路口后会有一个较大的加速。同时02-54和03-55处接触网处于一个上坡的区段，当车辆经过时牵引功率也会随之加大。

由于受电弓与接触网是两个不同的振动子系统，在动态受流的过程中难免会出现燃弧，带来接触线的机械和电气磨耗，以及不同环境条件下可能带来的化学磨耗[1]。通过初步分析接触线磨耗异常主要在以下几个方面：

2.2.1 分段绝缘器受安装形式限制，目前安装只有一侧有两根平衡杆将其吊住，无法保证绝对的平衡，当有轨电车通过时，接触网和有轨电车受电弓震动不处在同一个频率上，会导致弓网接触不良现象发生，增加打火拉弧现象。

2.2.2 由于下行车辆通过09-43接触网前需要通过邓蔚路路口，司机往往会又一个减速过程，一旦车辆通过路口，车辆会增加一个大的牵引，来进行提速，此时车辆取流也会大大提高，拉弧现象也会提高。

2.2.3 受电弓抬升力大小不合适造成磨耗加剧。在受电弓滑动过程中，若弓网间的抬升力过小，会增大接触网间的接地电阻，造成功耗损耗加大且极其容易产生离线及拉弧现象，从而导致受电弓的碳滑板与接触线表面灼伤，形成粗糙的接触面，加大受电弓与接触网的磨耗。若受电弓抬升力过大，会造成受电弓碳滑板磨耗加大，长期下去碳滑板形成局部凹槽，进而造成接触线弹跳拉弧，加剧接触线磨耗[2]。

3 存在隐患

据统计2021年轨道交通系统重大故障中就有两起接触网故障，分别为2021年4月3日，深圳地铁2号线世界之窗至红树湾下行区段接触网塌网，中断运营5小时58分，导致受电弓等设备故障，直接造成损失17万。以及2021年8余额26日，深圳地铁4号线红山站至清湖站下行区间发生接触网断裂故障。造成红山站至清湖站下行区间中断运营2小时11分钟，上行区间中断运营约1小时24分钟，导致受电弓等设备故障，直接造成损失14万。因此解决此类接触线磨耗异常问题迫在眉睫，否则将会在运营维护成本方面加大投入，同时在有轨电车运营安全方面存在重大隐患。

根据苏州有轨电车接触网简单悬挂特点、《接触网检修规程》以及结合接触线磨耗和损伤程度、接触线最大载流、机械强度和安全系数来进行综合判断主要隐患为以下几点：

3.1 行车安全方面

接触线局部磨耗过大，增大接触线与受电弓的离线率及机械磨耗，由于受电弓与接触线间的接触不良以及接触线的线径变小将会进一步增大电阻，从而产生大量热量，又因为有轨电车运营基本属于开放室外，其在运行过程中收到外部异物、雨水等影响提高线路短路概率。导致接触线局部位置快速升温，致使接触线局部软化，长期运行将会进一步加大接触线的磨耗以及接触线的温度升高，严重时可能会出现接触线烧断现象[3]。同时随着接触线磨耗的增大，接触线承载的张力也会逐渐变小，一旦不满足张力安全系数时，甚至会导致接触线断线，同时会引起受电弓的二次伤害，从而引发重大行车安全事故。

3.2 运营成本方面

当接触线异常磨耗过大，受电弓与接触线之间的工作面不平整，将会进一步加速受电弓碳滑板的磨耗，降低碳滑板寿命，据不完全统计，因弓网关系不良，碳滑板使用寿命将会缩短至原有寿命的2/3。同时因接触线异常磨耗过大，接触线的使用寿命也会大大缩短，正常情况下会因为某一处接触线磨耗异常达不到运营安全标准，从而导致整个接触线锚段1500m左右的接触线需要进行更换处理（因有轨电车接触线采用柔性简单悬挂安装形式，正常情况不建议对接触线做接头处理）。不管是在人力成本上还是物资成本上都会加大运营投入。

4 应对措施

通过现场参数排查，09-43接触线离落锚处距离为300m左右，距离相对较短，可以先将接触线磨耗异常部位裁剪，然后在落锚组件处加长钢丝绳，将整个接触线向09-43接触线分段绝缘器处，确保接触线运行正常。

多部门共同研究，进一步优化调整弓网关系，其中触网专业可以从接触线分段绝缘器安装形式、接触线拉出值、张力和导高等方面着手，车辆专业可以从受电弓抬升力、受电弓左右摆动范围等方面着手。接触网专业通过对接触线拉出值和分段安装方面进行调整。接触线分段绝缘器选取一处由原来的两点悬吊固定平衡改为四点悬吊固定平衡。车辆专业也对受电弓抬升力进行多次调整以及调后状态数据进行统计分析，同时车辆加强受电弓部位的检修。

如图2所示，车辆在惰性时，车辆所需的牵引力最小，因此有轨电车电车受电弓的取流值也相应最小。在同等工况下取流值变小就能够有效改善弓网间拉弧情况，接触线的电化学腐蚀就会相应减小。因此可以重点在行车组织方面着手想办法解决接触线磨耗严重问题。在09-43接触网杆分段绝缘器处增加惰性行驶提示牌，当车辆通过分段绝缘器后再解除惰性行驶提示。可以有效减小拉弧现象，降低电化学腐蚀。

图2 牵引力与速度关系图

通过采取以上措施，安排接触网工班检修人员进行为期15天50列次车辆经过观察，发现弓网间拉孤先现象大大减少，紧紧出现7列次轻微拉弧现象，43列次的车辆通过未出现拉弧现象，且弓网关系得到改善，经检修发现接触线磨耗基本与正线保持一致。

5 结束语

接触线异常磨耗受众多因素影响，通过本文分析苏州有轨电车1号线接触线磨耗异常主要受到分段绝缘器安装形式限制、电车通过路口后提速加牵引以及车辆受电弓抬升力与接触网的匹配等因素，引起该处接触线震动导致弓网关系无法达到最优状态，加剧弓网拉弧现象发生，而产生的电化学反应。最终通过采取车辆通过路口后继续惰行，通过分段绝缘器后再进行提速，有效地降低了拉弧现象的发生，降低该处接触线的磨耗。