無錫地鐵2號線轉向架接地線斷裂原因分析與對策

伍波

摘要：針對無錫地鐵2號線車轉向架接地線斷裂的問題，分析接地線斷裂的原因，斷裂后對列車產生的影響，以及對此制定的整改預防措施。

關鍵詞：轉向架;接地線;斷裂;原因分析;對策

1、概述

無錫地鐵2號線在2018年3月19日19：40，在梅園折返線，司機報02021車駕駛室右側有一聲巨響，并帶有火花，5車Hb顯示灰色，高斷分和合燈不亮，司機停妥后復位合高斷，故障消失。列車回庫后檢查發現02025車1轉左側轉向架與車體接地線GRD1805斷開，電纜斷開后與三軌接觸，導致接地，列車下線。

2、現場調查

2.1回庫無電檢查

列車回庫后，對檢查0202列車體與轉向架之間的接地線;轉向架構架跟軸端回流線進行了排查。

2.1.1接地線排查情況

發現1轉左側轉向架與車體接地線GRD1805斷開，斷裂情況如下圖所示。

由上圖可見：

GRD1805電纜（接地用）上端與車體連接部位折斷，折斷部位下垂，下垂部位低于軌面，折斷端部絕緣層有明顯的燒灼痕跡。

折斷處電纜斷面導電銅芯較新，未見整體氧化跡象。折斷接線端子處，電纜銅芯有氧化現象，氧化表面呈現淺綠色痕跡，氧化面積約占50%。

由此可見，該GRD1805接地電纜折斷，折斷后與三軌接觸，導致0202列車高壓電源短路，高速斷路器起保護的故障現象。

排查后發現0202列，2、3、6、7轉向架接地線均有不同程度的松動，未見斷裂。普查所有列車，0203車及其之后列車轉向架接地線均正常。

2.1.2回流線排查情況

由上圖可見：

回流線：構架與車軸連接線，下端與車軸連接部位折斷，折斷部位由于有絕緣護套防護，僅由絕緣護套連接。

折斷處電纜斷面導電銅芯表面發黑，整體氧化明顯。折斷接線端子處，電纜銅芯有氧化現象，氧化表面呈現淺綠色痕跡，氧化面積約占90%以上。

由此可見，部分回流線已經折斷，折斷處電纜與接線端子處氧化情況不一致，導線處比端子處氧化情況惡劣。

對所有列車回流線進行排查，排查結果如附件1：《無錫2號線接地回流線普查統計表》所示，由統計結果該處有38根回流線異常（折斷、斷股等）。

2.1.3折斷情況調查

折斷部位調查，不論是接地、還是回流電纜，折斷部位在電纜與接線端子壓接部位，處于壓線鉗壓接后的根部，如下圖所示。

折斷處主要集中在接地線上端（與車體連接處）;回流線下端，與軸端接地裝置連接部位。從斷裂位置分析，該處由于轉向架與車體、以及轉向架構架與輪對間的長期運動，導致電纜壓接處疲勞斷裂。

前期優化整改情況調查，2013年10月16日，浦鎮公司設計開發部對無錫2號線接地線進行了優化設計，將接地線電纜優化為接地編織線，如圖10所示。去除絕緣層，避免局部與接線端子的應力集中，增加導線的柔軟性。由于首2列車已經下線，當時優化時，未考慮首2列車。

另外，基于后續2015、2016年，蘇州、杭州等項目出現接地電纜折斷的故障，設計開發部，對接地回流電纜尤其是回流電纜，采用變徑接線端子的方式，如圖11所示。變徑端子，采用兩次壓接的方式，首先是將電纜中的導線與接線端子壓接，然后再將電纜（含絕緣層）與接線端子后部壓接。通過2次壓接，有效的降低了上述易折斷部位的位移及運動，避免了電纜在接線端部壓接處斷裂。該變徑端子已在蘇州項目運用。

2.2 拉脫力調查

2號線接地線和回流線的線纜均為120平方，供應商為耐克森，電纜型號為：EN 50382-2 3600V 120 F 120℃ XZ;載流能力526A。

將故障電纜壓接變徑端子，進行拉脫力，以及將電纜銅絞線進行1/3破壞后進行拉脫力測試。

根據標準NFF 00363試驗方法，對該接地回流電纜進行拉脫力測試，根據標準，120mm2對應的拉脫力應不低于5200N。線徑與拉脫力的對應表單如圖12所示。

采用如圖13所示的方法，對無錫項目接地回流電纜進行拉脫力測試。測試結果如下：

采用一端變徑端子與一端普通端子進行拉脫試驗。拉脫力達到13679.41N時，變徑端子才出線拉脫現象。說明變徑端子和普通端子都滿足5200N的拉脫力要求。

對現車拆下的接地、回流線兩端進行拉脫力測試。

車體側接線端子拉脫力為18307.88N、轉向架側接線端子拉脫力為17024.71N。均滿足5200N的拉脫力標準要求。

對內部已有斷股的接地端子進行拉脫力測試，接線端子內側的銅絞線進行1/3破壞后進行拉脫力測試，拉脫力可達到14865N，均滿足拉脫力標準。

上述試驗可知：變徑端子拉脫力滿足標準要求;導線斷股對縱向拉脫力影響不是很明顯。

3故障時回流情況分析

3.1 回流設計

無錫2號線在Tc車設置有兩個接地回流裝置，在M車設置有4個回流裝置;本車的接地回流裝置互為冗余。布置方案如下圖17所示：

正常時，按車各自受流回流，故障時可以鄰車補充方式進行回流。當某一路回流線路出現故障時，電流流將通過其他工作正常的回流裝置進行回流，有足夠的冗余性，能夠確保回流功能可靠地實現。

3.2 故障時電流流向

故障時，當某一車回流全部斷裂時，由于轉向架輪對與構架間的一系彈簧采用絕緣橡膠隔離（大于100兆歐），回流無法正常通過該車軸端正常回流，會通過構架-->車體-->車體間等勢連接線-->相鄰車體-->構架-->軸端回流的冗余回流方式進行回流。

3.3故障時載流能力

基于故障排查情況，發現0216車回流線最為惡劣，整車20個回流裝置，其中1車斷兩根，4車斷兩根，5車斷三根，顧選取0216車做為分析對象。

Tc車回流電流約為240A，M車單車回流電流約為476A，整車總回流電流約為2384A。接地回流裝置額定工作電流為400A。

以0216車為例，整車能正常工作的接地回流裝置為14個，及每個接地裝置平均電流為2384/14=170A。該電流遠小于單個接地回流裝置的額定工作電流，接地回流裝置載流能力為400A/臺。

再從電纜方面看，用于回流電路的電纜型號為EN 50382-2 3600V 120 F 120℃ XZ，其載流量為526A，也完全滿足故障情況下回流電流的需求。

綜上所述，列車在回流的設計和器件的選型上均有足夠的冗余性，即使在整車出現多個回流故障點的情況下，也可以確保車輛的正常工作。

4 原因分析及對策

由上述調查分析，可以初步判斷，故障原因是由于列車轉向架與車體之間頻繁運動對電纜的扭曲的、拉拽等，使接地、回流電纜長期處于頻繁受力的過程，產生的疲勞斷裂。

為避免后續再出現類似故障的發生，浦鎮公司將進行如下整改：

1.對01，02列車接地線全部進行更換，采用銅絞線，且改變走線方式，首兩列車的接地方式與后21列接地方式保持一致。

2.對車體與轉向架之間的連接線（包含接地、回流線），增加防脫支架，避免電纜折斷后脫落的風險。

對現有接地回流線進行加固處理。在原匯流排安裝板上加裝一個Z型支架，安裝管吊，固定電纜。可以有效避免電纜脫落的風險。

3.將帶絕緣層的回流電纜線號位置后移，露出壓接部位，便于后期維護檢查。

4.轉向架回流線全部更換，采用變徑接線端子方式。

無錫地鐵集團有限公司運營分公司，江蘇無錫 214000