淺談地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)磨耗分析及檢規(guī)修改建議

張向紅

（中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司）

1 引言

地鐵具有便捷運(yùn)輸、大運(yùn)力、無(wú)障礙等特點(diǎn)，因此在城市交通發(fā)展規(guī)劃中占有重要位置[1]。當(dāng)前，地鐵覆蓋里程成為了評(píng)價(jià)一個(gè)城市發(fā)展水平的重要標(biāo)志，我國(guó)很多大中城市、省會(huì)城市都修建了地鐵，有效緩解了交通壓力，提高了人們的生活便捷性。在使用過(guò)程中，需要加強(qiáng)線(xiàn)路檢修及運(yùn)維水平，這樣才能確保地鐵始終處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，避免交通事故或其他各類(lèi)安全事故的發(fā)生[2]。地鐵系統(tǒng)由車(chē)輛、接觸網(wǎng)、測(cè)量裝置、控制設(shè)備等組成，其中接觸網(wǎng)承擔(dān)著車(chē)輛與外界的直接連接，因此其安全穩(wěn)定性至關(guān)重要。作為接觸網(wǎng)設(shè)備核心部分的接觸導(dǎo)線(xiàn)，與地鐵車(chē)輛受電弓直接進(jìn)行耦合，在工作過(guò)程中既要滿(mǎn)足接觸懸掛張力的要求，又要考慮導(dǎo)線(xiàn)的載流量是否在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)，因此需要重點(diǎn)進(jìn)行關(guān)注。地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)磨耗量是導(dǎo)線(xiàn)的一個(gè)重要參數(shù)，受到多種因素的影響，只有將磨耗量控制在一定范圍內(nèi)，才能確保接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)電阻和載流量滿(mǎn)足使用要求，向車(chē)輛傳輸足夠的動(dòng)力電流滿(mǎn)足運(yùn)行需求。本文中，作者分析了地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)磨耗的相關(guān)定義，提出了磨耗量的智能化計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上提出了接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)磨耗判斷標(biāo)準(zhǔn)及檢規(guī)修改建議，具有一定的參考價(jià)值。

2 地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)磨耗相關(guān)定義

在實(shí)際工作中，磨耗現(xiàn)象是不可避免的。地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到受電弓的相對(duì)摩擦，在這一作用過(guò)程中導(dǎo)線(xiàn)表面會(huì)產(chǎn)生磨損，同時(shí)由于工作時(shí)間的累積和潮濕、陰暗工作環(huán)境等因素的共同作用，導(dǎo)線(xiàn)表面會(huì)出現(xiàn)腐蝕等物理現(xiàn)象，在磨損和腐蝕等的共同作用下導(dǎo)線(xiàn)變細(xì)或銹蝕，引起的變化統(tǒng)稱(chēng)為磨耗。引起地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)磨耗的原因較多，歸納起來(lái)主要有以下幾項(xiàng)：受電弓碳滑板的機(jī)械摩擦，接觸線(xiàn)與滑板間的電氣腐蝕，接觸線(xiàn)氧化，接觸線(xiàn)化學(xué)腐蝕等。

地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)在出現(xiàn)磨耗后，載流量會(huì)下降，同時(shí)會(huì)影響到運(yùn)行安全。對(duì)于由銅及銅合金制作的接觸線(xiàn)，在使用過(guò)程中安全系數(shù)與接觸線(xiàn)最大允許磨耗面積具有直接關(guān)系（見(jiàn)圖1）。

圖1 安全系數(shù)與接觸線(xiàn)最大允許磨耗面積關(guān)系

圖1中，橫坐標(biāo)表示接觸線(xiàn)最大允許磨耗面積，縱坐標(biāo)表示安全系數(shù)的量化值。紅色虛線(xiàn)表示安全閾值，超過(guò)該值表示地鐵在運(yùn)行過(guò)程中安全性將得不到保證；藍(lán)色虛線(xiàn)表示變化趨勢(shì)。由上圖可知，當(dāng)接觸線(xiàn)最大允許磨耗面積達(dá)到35%時(shí)，安全系數(shù)達(dá)到臨界閾值，此時(shí)需要采取安全措施抑制磨耗面積的增加，否則依據(jù)變化趨勢(shì)可以看出，安全系數(shù)很容易超過(guò)臨界閾值，從而出現(xiàn)安全事故。

3 地鐵接觸線(xiàn)磨耗計(jì)算方法

在對(duì)地鐵線(xiàn)路進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)或者檢修過(guò)程中，需要對(duì)接觸線(xiàn)磨耗情況進(jìn)行定期觀(guān)察和精確測(cè)量，一旦發(fā)現(xiàn)超過(guò)臨界值的情況，需要及時(shí)采取措施進(jìn)行補(bǔ)救[3]。

3.1 接觸線(xiàn)磨耗情況計(jì)算圖例

圖2中，陰影部分即為接觸線(xiàn)磨耗情況示意，需要在測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行計(jì)算。

圖2 地鐵接觸線(xiàn)磨耗情況示意

接觸線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)半徑為R，約為12.9/2=6.45mm，接觸線(xiàn)采用CTA120銅銀接觸線(xiàn)，假設(shè)接觸線(xiàn)磨耗損失部分寬度為h，則根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)照?qǐng)D1中安全系數(shù)與接觸線(xiàn)最大允許磨耗面積關(guān)系，制定以下補(bǔ)救措施（見(jiàn)表1）。

表1 接觸線(xiàn)磨耗情況與補(bǔ)救措施

3.2 接觸線(xiàn)磨耗情況測(cè)量方法

在巡檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)接觸線(xiàn)出現(xiàn)磨耗情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查和修補(bǔ)。對(duì)于圖1所示的情況，接觸線(xiàn)的線(xiàn)徑R是已知的，如果用游標(biāo)卡尺測(cè)量出了圖中所示的a值之后，就可以計(jì)算出磨損高度h=2R-a；另外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，可以計(jì)算出磨損寬度y=sqrt(R^2-(h/2)^2)。據(jù)此可以近似求出表面積：

式中：S為接觸線(xiàn)磨耗部分的表面積。

3.3 接觸線(xiàn)磨耗情況分析

在實(shí)際工作中，針對(duì)地鐵線(xiàn)路接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)，可以計(jì)算出磨耗部分表面積與磨耗高度及磨耗寬度的經(jīng)驗(yàn)曲線(xiàn)（見(jiàn)圖3-4）。

圖3 磨耗部分表面積與磨耗高度的關(guān)系

從圖3和圖4可以看出，磨耗部分表面積與磨耗高度成非線(xiàn)性變化關(guān)系，而與磨耗寬度成近似線(xiàn)性變化關(guān)系，磨耗寬度對(duì)磨耗部分表面積的影響相對(duì)更大，因此在實(shí)際檢修過(guò)程中需要重視磨耗高度的測(cè)量，盡量通過(guò)減小磨耗高度數(shù)值來(lái)達(dá)到減小磨耗表面積的目的；同時(shí)也應(yīng)該關(guān)注磨耗寬度的數(shù)值，在允許的技術(shù)支持條件下盡量減小磨耗寬度，確保磨耗表面積在合適的范圍之內(nèi)。

圖4 磨耗部分表面積與磨耗寬度的關(guān)系

4 對(duì)地鐵接觸網(wǎng)檢規(guī)修改的建議

為了進(jìn)一步規(guī)范地鐵接觸網(wǎng)檢修工作，國(guó)家制定了《接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程》（2012版及2013版）。當(dāng)前很多單位以這兩個(gè)版本的檢修規(guī)程作為工作指導(dǎo)文件。總的看來(lái)，這兩個(gè)版本的接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)磨耗情況的規(guī)定比較簡(jiǎn)單，需要在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中根據(jù)工作實(shí)際進(jìn)行修訂。

4.1 需要補(bǔ)充智能檢測(cè)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

當(dāng)前智能化是時(shí)代發(fā)展的主體，尤其是各種智能檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)手段的自動(dòng)化，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果更加精確。地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)檢測(cè)經(jīng)常受到檢測(cè)空間的限制，很多時(shí)候無(wú)法使用大型設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，智能化檢測(cè)設(shè)備相對(duì)比較精巧，能夠滿(mǎn)足空間狹小區(qū)域的使用需求；另外，很多時(shí)候需要進(jìn)行無(wú)接觸檢測(cè)，智能檢測(cè)基于X射線(xiàn)等可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸檢測(cè)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)手段的不足。

4.2 需要推廣基于大數(shù)據(jù)的智能檢測(cè)數(shù)據(jù)分析技術(shù)

隨著檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，檢測(cè)數(shù)據(jù)量也會(huì)變大，并且相互變量之間的耦合關(guān)系逐漸加強(qiáng)，所以不能單純地分析某一個(gè)變量，需要將多個(gè)變量進(jìn)行綜合分析，這無(wú)形中增加了數(shù)據(jù)分析的難度。進(jìn)行檢規(guī)修改時(shí)，需要強(qiáng)調(diào)并推廣基于大數(shù)據(jù)的智能檢測(cè)數(shù)據(jù)分析技術(shù)，開(kāi)發(fā)專(zhuān)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)在線(xiàn)分析與快速處理，實(shí)時(shí)給出分析結(jié)果，方便檢修人員第一時(shí)間做出判斷，提高應(yīng)急處理能力。

5 結(jié)語(yǔ)

地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)的安全穩(wěn)定直接關(guān)系到地鐵的運(yùn)行狀態(tài)，因此在實(shí)際工作過(guò)程中需要加強(qiáng)對(duì)地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)工作狀態(tài)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)在實(shí)際使用過(guò)程中，會(huì)受到多種因素的影響，從而出現(xiàn)磨耗情況，如果監(jiān)測(cè)不到位或者處理不及時(shí)，很容易影響到地鐵系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文中，作者分析了地鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)磨耗的基本概念，在此基礎(chǔ)上對(duì)導(dǎo)線(xiàn)磨耗情況的計(jì)算方法進(jìn)行了分析，得到了磨耗部分表面積與磨耗高度的關(guān)系以及磨耗部分表面積與磨耗寬度的關(guān)系變化，同時(shí)針對(duì)《接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程》（2012版及2013版）提出了修改建議，包括需要補(bǔ)充智能檢測(cè)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容并且需要推廣基于大數(shù)據(jù)的智能檢測(cè)數(shù)據(jù)分析技術(shù)，相關(guān)成果具有一定的可實(shí)施性，并且經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐證明了其有效性，可為相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員借鑒并提供理論指導(dǎo)。