地鐵受電弓滑板磨耗異常分析及對策

范忠林

摘 要：地鐵因其便捷與準(zhǔn)時(shí)性，成為人們的重要出行方式。地鐵客流不斷創(chuàng)新高，行車密度加大，地鐵牽引供電負(fù)荷急劇增大。受電弓作為電客車從接觸網(wǎng)上取電的關(guān)鍵設(shè)備，接觸網(wǎng)為整條線路供電，只有良好的弓網(wǎng)配合關(guān)系才能確保受電弓滑板磨耗正常。在日常運(yùn)營過程中，受電弓滑板的磨耗常有磨耗過快、偏磨等異常情況。受電弓滑板磨耗異常問題威脅著運(yùn)營安全，同時(shí)也會造成運(yùn)營成本數(shù)倍增長，嚴(yán)重時(shí)會造成電客車被迫下線或停運(yùn)。基于此，本文通過對多條線路受電弓滑板磨耗異常情況進(jìn)行研究分析，提供相應(yīng)治理對策及建議。

關(guān)鍵詞：地鐵牽引供電;受電弓磨耗異常;分析與治理對策

1 地鐵受電弓使用情況描述

地鐵在日常的運(yùn)營過程中，出現(xiàn)受電弓滑板磨耗異常，如不及時(shí)的檢修更換，則可能導(dǎo)致受電弓觸發(fā)ADD保護(hù)自動降弓，從而致使列車退出運(yùn)營。

通常地鐵受電弓采用碳滑板或浸金屬碳滑板，正常運(yùn)營條件下，每根滑板使用15萬公里以上，即一年左右，弓網(wǎng)關(guān)系良好的線路，滑板則可使用三年以上。反之，可能受電弓滑板磨耗量驟升，滑板僅能使用千余公里，僅此一項(xiàng)將帶來運(yùn)營材料大幅增加。

因此，需要對弓網(wǎng)關(guān)系綜合檢測與分析，找出異常原因，針對性的對弓網(wǎng)關(guān)系進(jìn)行治理，從而確保地鐵的安全運(yùn)營，并有效控制運(yùn)營成本。

2 受電弓滑板磨耗異常類型

受電弓滑板磨耗異常主要分為偏磨和磨耗量驟升，或兩種情況同時(shí)出現(xiàn)。滑板偏磨主要表現(xiàn)在滑板各區(qū)域磨耗不均，滑板往往呈鋸齒、V字型、W型等形狀，因部分區(qū)域磨耗達(dá)到更換限值的情況，碳滑板的使用公里數(shù)銳減。受電弓滑板磨耗，由一毫米每萬公里上升至數(shù)倍以上，在運(yùn)行過程中可能會因滑板磨耗到限觸發(fā)降弓，使得列車退出運(yùn)營，造成線路晚點(diǎn)。受電弓滑板的磨耗又可分為機(jī)械磨耗和電氣磨耗，機(jī)械磨耗是指受電弓滑板與接觸網(wǎng)之間的機(jī)械摩擦、切削及撞擊等機(jī)械力作用下的磨耗;電氣磨耗是指受電弓滑板在受流電流的作用下形成的滑板消耗。

3 常見異常病因分析

3.1 燃弧病害

燃弧是電氣化鐵路中較為普遍的現(xiàn)象，燃弧過程中會釋放一定的能量，會造成滑板溫度急劇上升，對碳滑板形成燒蝕，嚴(yán)重時(shí)會造成浸金屬滑板中的金屬析出，造成滑板的組織松散，使得滑板崩缺掉塊，加劇滑板磨耗。燃弧也會造成接觸線上形成金屬燒蝕物，形成硬點(diǎn)，使得弓網(wǎng)關(guān)系惡化。燃弧的過程中也可能造成接觸線線面及受電弓滑板表面形成粗糙面，使得弓網(wǎng)接觸有效面積減小，造成接觸電阻過大，遇到加速電流較大區(qū)段因電流焦耳熱效應(yīng)，使得受電弓滑板溫升更快。

3.2 受電弓滑板工作溫度超高

地鐵受電弓滑板的額定工作溫度為150℃，在正常的情況下，滑板溫度略高于使用條件空氣溫度，偶爾會因燃弧造成滑板溫度高于額定溫度，但一般持續(xù)較短。但在運(yùn)行過程中滑板溫度遠(yuǎn)高于其標(biāo)稱的溫度，且持續(xù)時(shí)間較長，則會造成受電弓滑板處于超溫運(yùn)行，其磨耗量會高于正常值的數(shù)十倍，同步也會造成滑板金屬析出。

3.3 接觸網(wǎng)分布問題

接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)和實(shí)際的分布情況，直接關(guān)系著弓網(wǎng)的配合質(zhì)量。接觸網(wǎng)的分布異常主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

（1）接觸網(wǎng)坡度超限，高差超限，錨段關(guān)節(jié)未調(diào)平。在接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)或施工過程中，使接觸網(wǎng)的坡度較大，同時(shí)相鄰懸掛點(diǎn)間的高差出限制，地鐵接觸網(wǎng)相鄰懸掛點(diǎn)的導(dǎo)高高差值應(yīng)小于設(shè)計(jì)值。

另外接觸網(wǎng)的關(guān)鍵區(qū)段，如錨段關(guān)節(jié)未調(diào)整平順或高差超限，則在該處會造成受電弓頻繁燃弧或硬點(diǎn)沖擊，增大了受電弓滑板的磨耗。接觸網(wǎng)的不平順也會造成弓網(wǎng)頻繁離線燃弧，硬點(diǎn)增多，造成弓網(wǎng)離線。

（2）接觸線線面不平。接觸線表面在運(yùn)營過程中形成了波磨或不均勻磨耗，形成一系列的凹坑或偏磨現(xiàn)象，受電弓滑板通過時(shí)則會造成受電弓頻繁離線，同時(shí)也可能伴隨燃弧。電客車高速運(yùn)行時(shí)，弓網(wǎng)有效接觸面減小，局部放電燃弧也較為嚴(yán)重。

（3）接觸線分布問題。接觸網(wǎng)的拉出值分布在全線上不均勻，也會造成受電弓滑板在某些區(qū)域明顯高于滑板其它區(qū)域，但該線路上所有受電弓滑板會呈現(xiàn)類似的趨勢。

3.4 硬點(diǎn)沖擊病害

接觸網(wǎng)上形成的硬點(diǎn)，受電弓滑板通過時(shí)會對受電弓形成沖擊，會造成受電弓離線及燃弧。硬點(diǎn)沖擊過大，則會直接造成受電弓滑板掉塊及受電弓頭折損。一般的線路上如出現(xiàn)大于50g的硬點(diǎn)，則如是新線路則不具備運(yùn)營開通條件，如是運(yùn)營線路則需要立即消除該硬點(diǎn)。同時(shí)，沖擊較小的硬點(diǎn)也應(yīng)該及時(shí)的消除。

3.5 弓網(wǎng)壓力異常

弓網(wǎng)壓力調(diào)整過小或過大均會影響受電弓滑板的磨耗。弓網(wǎng)的壓力應(yīng)控制在一定的范圍，且平均壓力值應(yīng)該接近于通常設(shè)定的值，且壓力的波動分布需要接近于正態(tài)分布較為理想。弓網(wǎng)壓力的控制的指標(biāo)如下：

（1）最大值Fmax（N）：Fmax≤Fm+3σ≤300

（2）最小值Fmin（N）：Fmin>0

（3）平均值Fm（N）：70

（4）標(biāo)準(zhǔn)偏差σ（N）：σ ≤0.3×Fm

3.6 接觸線切削

接觸線在運(yùn)營過程中兩側(cè)形成鋒利的棱邊，會在受電弓通過時(shí)對滑板形成切削作用，造成滑板的機(jī)械磨耗顯著上升。

3.7 其它因素

雨雪天氣，溫差變化大的天氣均會對弓網(wǎng)關(guān)系造成影響，導(dǎo)致碳滑板的磨耗高于平時(shí)。鋼軌平順性、TQI等參數(shù)及輪軌關(guān)系也密切關(guān)系著弓網(wǎng)的配合，一定程度也影響著受電弓滑板的磨耗速度。

4 治理應(yīng)對對策

針對受電弓滑板磨耗異常情況，需要應(yīng)用弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)針對性的對弓網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。首先需區(qū)分該種滑板異常磨耗是機(jī)械磨耗還是電氣磨耗為主，其次是需對弓網(wǎng)關(guān)系異常進(jìn)行定性定量分析，最后是要劃分弓網(wǎng)關(guān)系治理的重要區(qū)段，避免盲目的治理而使得弓網(wǎng)關(guān)系進(jìn)一步惡化，影響載客運(yùn)營。

4.1 優(yōu)化弓網(wǎng)配合的關(guān)鍵參數(shù)

弓網(wǎng)關(guān)系不良的問題大部分會通過燃弧的形式表現(xiàn)出來，因此，治理受電弓滑板磨耗異常，需要有效的控制弓網(wǎng)的燃弧。一般的，可以檢測出燃弧成因，如硬點(diǎn)離線造成，則需要消除該處的硬點(diǎn);接觸線線面不平引起，則需要對接觸線表面進(jìn)行打磨;如是接觸網(wǎng)高差超限引起的則調(diào)平等措施進(jìn)行消除。同時(shí)，要確保受電弓滑板處于正常的工作溫度。通過對受電弓碳滑板的溫度監(jiān)測，如受電弓長期處于超出額定溫度運(yùn)行的情況，則需要對接觸網(wǎng)線面、受電弓滑板表面進(jìn)行檢查和打磨處理。

4.2 消除受電弓及滑板異常

當(dāng)滑板磨耗異常時(shí)，滑板表面往往呈現(xiàn)凹凸不平，在運(yùn)行的過程中會造成弓對網(wǎng)之間的擠壓和碰撞作用，會進(jìn)一步增大滑板磨耗，因此需要對滑板進(jìn)行打磨處理，保障受電弓滑板自身的平順性。

4.3 調(diào)整接觸網(wǎng)狀態(tài)

通過調(diào)整和優(yōu)化接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)與接觸線形態(tài)，可以使得受電弓滑板的磨耗達(dá)到較為理想的水平。需保障接觸網(wǎng)的坡度處于設(shè)計(jì)規(guī)定值范圍，相鄰懸掛點(diǎn)的高差需控制在設(shè)計(jì)值內(nèi)，要對接觸線棱邊、拉絲及時(shí)打磨和清除。接觸線的線面需要精細(xì)打磨光滑，因此種接觸線會造成弓網(wǎng)有效接觸面減小，接觸電阻過大，會造成弓網(wǎng)溫升過快。需對彈性絕緣子的彈性進(jìn)行研究和排查，避免絕緣子出現(xiàn)卡滯。需關(guān)注接觸網(wǎng)跨中的導(dǎo)高值是否在允許的范圍內(nèi)。確保軌道的平順性，需確保輪軌關(guān)系配合處于良好狀態(tài)。

5 結(jié)束語

綜上，通過弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)精準(zhǔn)檢測與分析，快速定位受電弓滑板磨耗異常成因，針對性的維修，如調(diào)整接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)、消除硬點(diǎn)沖擊、減少燃弧、打磨受電弓滑板與接觸線、對接觸線磨耗異常的區(qū)段進(jìn)行換線等處理措施。充分利用弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的檢測與分析，采用檢測、維修、檢測評價(jià)及改進(jìn)的PDCA循環(huán)的總體治理思路，最終將弓網(wǎng)關(guān)系調(diào)整至最佳的狀態(tài)。最后，相關(guān)技術(shù)人員需加強(qiáng)對弓網(wǎng)關(guān)系檢測技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，提高弓網(wǎng)病害的分析能力和整治效率。

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