南寧地鐵2 號(hào)線弓網(wǎng)拉弧打火原因分析與改善措施

向偉彬，王亮

（南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)分公司，南寧530000）

1 引言

弓網(wǎng)關(guān)系是受電弓與接觸網(wǎng)相互作用關(guān)系的簡(jiǎn)稱，是業(yè)內(nèi)目前研究的熱點(diǎn)問題之一【1，2】。良好的弓網(wǎng)關(guān)系不僅能保障良好的受流質(zhì)量，提升供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少弓網(wǎng)拉弧打火現(xiàn)象的發(fā)生，延長(zhǎng)受電弓與接觸網(wǎng)的使用壽命并優(yōu)化LCC，還能降低電弧噪聲和對(duì)周邊通信設(shè)備造成的電磁干擾【3，4】。

受電弓是電動(dòng)客車重要部件，通過碳滑板從接觸網(wǎng)上集取電能，并傳送到電動(dòng)客車電氣系統(tǒng)，它安裝在車體頂部。南寧地鐵2 號(hào)線采用的是6 節(jié)編組的“四動(dòng)兩拖”結(jié)構(gòu)的B2 型電動(dòng)客車，車頂采用TSG18G（05）型受電弓，為能通過空氣回路控制升、降動(dòng)作的鉸接構(gòu)件，具有較好的自身穩(wěn)定性和弓網(wǎng)跟隨性，碳滑板位于弓頭組裝上。接觸網(wǎng)是城市軌道牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，從牽引變電所通過饋電線將電能傳送給電動(dòng)客車運(yùn)行。南寧地鐵2 號(hào)線地下區(qū)段采用剛性架空接觸網(wǎng)、地上區(qū)段采用柔性架空接觸網(wǎng)，通過DC1 500V 向電動(dòng)客車供電。正線使用的接觸線型號(hào)為CTA-120，材質(zhì)為銀銅合金，硬度均為105HB。

南寧地鐵2 號(hào)線是南寧城軌規(guī)劃的南北骨干線，為第二條建成運(yùn)營(yíng)線路，它南起玉洞站，北至西津站，全長(zhǎng)21.2km。南寧地鐵2 號(hào)線弓網(wǎng)拉弧打火主要發(fā)生在正線，本文主要針對(duì)正線情況，在國(guó)內(nèi)弓網(wǎng)拉弧打火研究的基礎(chǔ)上，對(duì)南寧地鐵2號(hào)線現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并提出了一些改善措施。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

基于弓網(wǎng)關(guān)系的重要程度，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和城軌運(yùn)營(yíng)單位已對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系進(jìn)行了深入研究。劉文正等研究了離線時(shí)刻對(duì)弓網(wǎng)電弧特性的影響，得出了電弧電流與離線時(shí)刻有關(guān)。吳廣寧等對(duì)弓網(wǎng)電弧形態(tài)特性進(jìn)行了量化研究。李文豪等提出將接觸網(wǎng)/受電弓系統(tǒng)作為一個(gè)整體，并結(jié)合多因素評(píng)價(jià)弓網(wǎng)間的相互作用。馬云雙等【5】研究了車速對(duì)弓網(wǎng)離線電弧放電及離線電弧發(fā)生頻率的影響等。吳積欽【6】對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)電弧的產(chǎn)生及其影響做了相關(guān)分析。盛良等【7】研究得出地鐵架空剛性接觸網(wǎng)平面布置形式對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系影響嚴(yán)重。

3 弓網(wǎng)拉弧打火情況簡(jiǎn)介

2019 年1 月至11 月，發(fā)現(xiàn)南寧地鐵2 號(hào)線接觸線異常磨耗處所共計(jì)49 處，其中6 處磨耗較嚴(yán)重，最嚴(yán)重位置接觸線已達(dá)到換線標(biāo)準(zhǔn)，接觸線異常磨耗情況如圖1 所示。 2019 年9 月30 日, 南寧地鐵2 號(hào)線某站下行出站加速區(qū)段內(nèi)出現(xiàn)多趟電動(dòng)客車受電弓與接觸網(wǎng)打火花現(xiàn)象，弓網(wǎng)拉弧打火情況如圖2 所示。統(tǒng)計(jì)從2018 年8 月開始，碳滑板高度磨耗速率呈總體上升趨勢(shì)，后期磨耗速率有所下降，其中單月最大磨耗量大于1.5×104mm/km，受電弓碳滑板磨耗如圖3 所示。

圖1 接觸線異常磨耗示意圖

圖2 弓網(wǎng)拉弧打火現(xiàn)象示意圖

圖3 碳滑板磨耗不均勻，磨耗率過大示意圖

4 弓網(wǎng)拉弧打火情況分析

弓網(wǎng)關(guān)系是集機(jī)、電、磁、理、化、熱等于一體的復(fù)雜關(guān)系，是一個(gè)制約軌道交通提速的關(guān)鍵因素，是目前研究的三大熱點(diǎn)之一。弓網(wǎng)拉弧和打火花是弓網(wǎng)電接觸關(guān)系的一種固有屬性，引起弓網(wǎng)拉弧打火的原因較多：空氣間隙和電壓差是影響拉弧打火現(xiàn)象產(chǎn)生的基本原因，具體原因有弓網(wǎng)匹配關(guān)系（如接觸壓力、離線率、弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)抬升量）、弓網(wǎng)材質(zhì)、輪軌匹配關(guān)系、升降弓操作、軌道線路因素、電動(dòng)客車速度關(guān)系及弓網(wǎng)自身因素等【8】。弓網(wǎng)拉弧和打火花的危害和影響較多：造成弓網(wǎng)的非正常磨耗、縮短弓網(wǎng)使用壽命、降低受流質(zhì)量、增加電弧噪聲、對(duì)牽引供電系統(tǒng)形成過電壓沖擊及產(chǎn)生電磁干擾。

5 改善措施

自弓網(wǎng)拉弧打火及弓網(wǎng)異常磨耗情況被巡檢（檢修）等人員發(fā)現(xiàn)后，公司多次針對(duì)上述弓網(wǎng)拉弧打火及弓網(wǎng)異常磨耗情況召開專題會(huì)議，依據(jù)同行經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出了多項(xiàng)實(shí)際可行的措施：制訂更換、打磨、調(diào)整等方案，改善弓網(wǎng)關(guān)系（如接觸載荷、平順度、硬彎硬點(diǎn)、“Z”字值、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)范圍、摩擦情況、動(dòng)態(tài)抬升量等），探尋弓網(wǎng)拉弧規(guī)律及與運(yùn)行速度的關(guān)聯(lián)性，梳理拉弧時(shí)刻對(duì)應(yīng)的列車實(shí)時(shí)運(yùn)行速度、加速度及軌道線路情況，分析對(duì)比弓網(wǎng)生產(chǎn)和安裝工藝、材質(zhì)、阻尼緩沖等性能參數(shù)，必要時(shí)開展取樣送檢工作，咨詢和邀請(qǐng)學(xué)者及同行專家協(xié)助開展研究分析工作，增加弓網(wǎng)檢測(cè)密度并持續(xù)開展動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)定量分析，建立群防與共享機(jī)制等。隨著這些措施的制訂與落實(shí)，現(xiàn)弓網(wǎng)拉弧打火情況已得到明顯改善。希望南寧地鐵2 號(hào)線弓網(wǎng)拉弧打火情況的改善，能為業(yè)內(nèi)研究弓網(wǎng)拉弧打火、弓網(wǎng)拉弧打火與弓網(wǎng)異常磨耗的密切關(guān)系、優(yōu)化弓網(wǎng)特殊摩擦副提供借鑒。