摘要:在地铁运营过程中，发现个别线路架空刚性接触网磨耗程度异常大，尤其是在列车出站加速区、锚段关节等局部处所，缩短了架空刚性接触网的使用寿命。本文分析了架空刚性接触网异常磨耗的原因，并从弓网接触面、接触网弹性性能及拉出值布置等方面提出了有效解决措施,以减缓接触网局部异常磨耗速度，为地铁安全可靠运营提供保障。
关键词:刚性接触网；异常磨耗；原因；措施；
引言
近年来，我国地铁事业发展迅速，逐步成为城市交通的主动脉。接触网作为地铁系统组成的重要部分，特别是其无备用系统及修复时间长等特点，要求运营维修部门尽可能保持接触网运行状态良好。因此，分析接触网磨耗发展趋势、减缓接触网磨耗速度，是我们保持接触网运行状态良好，延长其使用寿命的重要手段。针对个别线路架空刚性接触网存在异常磨耗现象，我们从造成磨耗的原因入手，对特定问题实施相应解决办法，同时加强对接触网设备的维护，最大限度降低接触网磨耗速度，确保地铁供电系统安全运行。
一、存在问题
某线路架空刚性接触网运行约2年时间，整体情况良好，但接触悬挂中的接触线与受电弓碳滑板在长时间滑动接触过程中出现了以下问题:
1.部分接触网异常磨耗问题突出，通过对接触网长期监测，发现接触网异常磨耗处所共计40多处，其中5处磨耗较严重，且磨耗速度呈上升趋势，磨耗最严重部位的接触线距离汇流排底部仅余1.36mm。
2.受电弓碳滑板磨耗不均匀，工作面形状不规则，起伏不平，且距受电弓中心约70mm处有较深的凹槽。
二、接触网异常磨耗外部环境调查
为深入分析5处接触网异常磨耗（以下分别称A、B、C、D、E异常磨耗监测点）较严重的原因，调查其外部环境、区间线路情况如下：
1.A异常磨耗监测点位于直线区段（如图1所示），其往北方向150米内线路均为直线区段，其往南方向150米内线路所处直线区段（分别约9m、52 m）及曲线区段（约89m），曲线区段的曲线半径为2000m，曲线全长89.29 m，A异常磨耗监测点在HZ（缓直）里程ZDK24+560.508以北。线路坡度为-5‰，起止里程为ZDK24+85至ZDK24+600。
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图1 A异常磨耗点现场示意图
2.B异常磨耗监测点位于曲线区段（如图2所示），曲线半径为600m，曲线全长186.96 m。B异常磨耗监测点在YH（圆缓）里程YDK22+158.015与HZ（缓直）里程YDK22+228.015之间，其往北方向150米内线路所处曲线区段（约66 m）及直线区段（约84m），其往南方向150米内线路所处曲线区段（约121m）及直线区段（约29m）。线路坡度为-16‰，起止里程为YDK22+150至YDK22+350。
图2 B异常磨耗点现场示意图
3.C异常磨耗监测点位于曲线区段（如图3所示），曲线半径为450m，曲线全长223.52m。C异常磨耗监测点位于HY（缓圆）里程ZDK23+141.396与YH（圆缓）里程ZDK23+224.988之间，其往北方向150米内线路所处曲线区段（约146m）及直线区段（约4m），其往南方向150米内线路所处曲线区段（约77m）及直线区段（约73m）。线路坡度为-4.371‰，起止里程为ZDK22+350至ZDK23+200。
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图3 C异常磨耗点现场示意图
4.D异常磨耗监测点位于曲线及直线区段（如图4所示），曲线半径为550m，曲线全长422.45m。D异常磨耗监测点曲线段区域在YH（圆缓）里程ZDK30+550.494与HZ（缓直）里程ZDK30+620.494之间。D异常磨耗监测点往北方向150米内线路均为直线区段，其往南方向150米内线路均为曲线区段。线路坡度为-10.056‰，起止里程为ZDK30+200至ZDK30+700。
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图4 D异常磨耗点现场示意图
5.E异常磨耗监测点位于直线区段（如图5所示），其往北方向150米内线路均为直线区段，其往南方向150米内线路所处直线区段（约95m）及曲线区段（约55 m），曲线区段的曲线半径为2500m，曲线全长61.52 m，E异常磨耗监测点在HZ（缓直）里程ZDK38+555.372以北。线路坡度为27‰，起止里程为ZDK38+300至ZDK38+730。
图5 E异常磨耗点现场示意图
6.接触线异常磨耗情况发生后速度呈加速趋势，接触线磨耗面积变化趋势如图6所示。
图6 接触线磨耗面积变化趋势图
综上所述，5处接触线异常磨耗处所多为曲线或曲线终点区段，且均位于正线出站加速区（电客车从静止状态加速到最高速度时所经历区段，一般发生在电客车出站时候），接触线异常磨耗情况发生后速度呈加速趋势。
三、原因分析
电客车经过出站加速区段时，车辆晃动较大，受电弓震动加剧，且受电弓取流增大，弓网关系处于波动状态，接触压力及冲击力均不稳定。当电客车速度不断提高时，接触线与受电弓之间易出现间歇分离，引起跳跃式的接触异常现象，该异常现象严重恶化了弓网匹配关系，导致接触线机械磨耗和受电弓碳滑板磨耗异常大且不均匀。同时，随着接触线与受电弓的离线率及机械磨耗增加，接触线与受电弓之间接触不良状态加重,使其之间的接触电阻增加，从而产生大量的热量，接触线局部温度升高而软化，导致接触线和受电弓碳滑板的电气磨耗增大。因此，接触线在机械磨耗与电气磨耗双重叠加中损耗加速。
四、应对措施
架空刚性接触网局部异常磨耗与受电弓碳滑板磨耗不均匀在其运行中易形成恶性循环，加剧接触网和碳滑板的磨耗，缩短了二者的使用寿命，对于维修部门来说，亟需遏制该现象，现从以下几个方面提出应对措施。
1.增大弓网接触面，改善受流情况
使用截面较大的接触线，增加弓线之间的接触面积，降低弓线间的电流密度，一方面，在同样大的弓网静态压力下，弓线间的机械磨耗会减小，另一方面，列车取流时载流面增大，也不易引起拉弧，从实际运行情况来看，使用截面较大的接触线有利于减缓弓网间的磨耗。
同理，亦可考虑受电弓使用宽幅碳滑板，提高受电弓自身具有的集电容量，防止碳滑板阶梯磨耗。为降低集电电流密度，碳滑板由以往的40mm加宽至50mm，并将碳滑板厚度减薄3mm（减轻宽度增加而多出的质量）。经实验室研究，宽幅碳滑板相比于传统型碳滑板磨耗量降低20%-50%，这是电流密度降低产生的效果，使异常磨耗扩展降低，目前日本地铁已在试用，国内还未应用此对策，但可作为一个方向深入研究。
2.优化架空刚性接触网的弹性性能
通过刚柔性接触悬挂对比，柔性接触悬挂弹性大，与受电弓形成更密切的弓网匹配关系，接触线磨耗程度相对较小，考虑通过改善架空刚性接触网的弹性，提高弓网匹配，有助于减缓弓网磨耗。改善架空刚性接触网弹性的方式主要有两种，一种为绝缘子+弹性定位线夹，利用汇流排自重压缩钢制弹簧，电客车通过定位点时，抬升汇流排，钢制弹簧得到一定恢复，让受电弓对接触线冲击的瞬间起到缓冲效果，改善弓网关系。另一种为弹性绝缘组件，固定于悬吊支架槽钢上，汇流排自重使弹性组件绝缘体发生一定弹性拉伸形变，受电弓通过时，通过形变恢复以减缓受电弓对汇流排的冲击，降低局部区段的接触线异常磨耗。
3.调整接触线的偏移值
新的受电弓碳滑板如图7（a）所示，在正常使用情况下，碳滑板被磨耗后的形状变成一个光滑的曲线形状，如图7（b）所示。从理论上分析，要使碳滑板运行后达到图7（b）的形状，接触网的接触线偏移拉出值分布要服从正态分布规律或基本服从正态分布规律，如图8所示。
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对于已运营的线路，可加强受电弓的检查，提高碳滑板平整度标准，当碳滑板凹槽超过2mm时，及时对碳滑板进行打磨，使其工作面平滑，同时调整碳滑板凹槽较深处所对应点接触线的偏移值，减少此处碳滑板被磨耗的概率，使碳滑板尽可能的受到均匀的磨耗。如果接触线局部磨耗很严重时，则及时更换局部或整个锚段的接触线，避免弓网关系循环恶化。
五、结语
地铁架空刚性接触网要避免局部异常磨耗，就必须保证良好的弓网关系，以上结合某地铁线路实际运行情况分别从接触网和受电弓碳滑板的状态两个方面对异常磨耗进行了分析，同时，也提出了三方面有效的解决措施，促进地铁架空刚性接触网与受电弓的弓网关系良性匹配发展。
参考文献:
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