南寧地鐵2 號線弓網異常磨耗原因分析及整改

李 軍，盧海龍，韋龍劍

（南寧軌道交通集團有限責任公司運營分公司，廣西 南寧 530000）

1 弓網異常磨耗現狀

南寧地鐵2 號線接觸懸掛采用Π 型架空剛性接觸網。2 號線一期工程開通僅一年，部分出站加速區段已存在接觸線異常磨耗現象并有加重的趨勢。磨耗嚴重區段主要集中在列車加速區段，并伴有打火、拉弧痕跡，接觸線出現波紋、麻面等，受電弓碳滑板存在不同程度損傷、凹槽現象。

2 號線東延線開通全線貫通運營僅一個月，弓網關系再次惡化，拉弧現象頻發，受電弓碳滑板磨耗急劇上升，出現不規則磨耗，主要表現為偏磨、磨耗面粗糙等；全線接觸線都有不同程度的異常磨耗，主要表現為麻面、刮痕、毛刺等。弓網磨耗無法避免，但可以減緩，從接觸網、受電弓及地鐵運行環境著手，通過分析弓網磨耗原理、現場實地排查和實際操作來找出造成弓網異常磨耗的根源，研究針對弓網異常磨耗問題的解決方案，制定切實有效的整改措施，以此來改善弓網關系，延長接觸線、受電弓滑板的使用壽命，節約運營成本，希望對架空剛性接觸網的維護管理和新線驗收有所啟發。

2 弓網異常磨耗情況

2.1 接觸線異常磨耗情況

2019 年3 月進行接觸線異常磨耗情況統計分析，發現正線出站加速區段共有49 處接觸線異常磨耗處所，其中建設路站下行等5 處磨耗較為嚴重。異常磨耗處接觸線的表征特性如圖1 所示，磨耗截面表面光滑且發黑，整錨段或局部磨耗不均勻。

圖1 接觸線表面磨耗情況（第一次）

2 號線東延線開通全線貫通運營后，2020 年12月進行接觸線異常磨耗情況統計分析，發現不僅正線原有異常磨耗點磨耗情況發生變化，之前無異常磨耗的接觸線也出現磨耗上升的現象；并且有25 處錨段關節非工作支的匯流排終端接觸線磨耗較大（部分磨耗寬度已達11 mm），折返線分段絕緣器銅導流滑板有類似刮傷的磨耗痕跡；全線接觸線磨耗截面寬度都擴展為4 ～ 8 mm。接觸線表征特性如圖2 所示，接觸線磨耗截面新，表面呈麻面、刮痕、毛刺狀；分段絕緣器銅導流滑板表征特性如圖3 所示，表面有毛刺。

圖2 接觸線表面磨耗情況（第二次）

圖3 分段絕緣器銅導流滑板刮傷

2.2 受電弓碳滑板異常磨耗情況

2019 年3 月起，進行受電弓碳滑板磨耗情況統計分析，發現普遍存在凹槽磨痕的現象，其表征特性如圖4 所示，表面光滑且沒有撞擊或刮傷痕跡，凹槽最深處位于距碳滑板中心線兩側約75 mm 處。

圖4 受電弓碳滑板表面磨耗情況（第一次）

2 號線東延線開通全線貫通運營后，檢查發現受電弓碳滑板表面呈現不規則磨耗，表征特性如圖5 所示，表面非常粗糙且存在電燒蝕的黑色痕跡，部分表面有黑色輕微灼傷痕跡。2020 年12 月磨耗比趨勢明顯上升，最大時達到了31.69 mm/萬km，超過行業標準的20 倍之多。

圖5 受電弓碳滑板表面磨耗情況（第二次）

其他情況：在車頂空調及貫通道頂部表面縫隙處，發現了大量以銅粉為主的金屬物質殘留。

3 造成弓網異常磨耗原因

結合現場實際運營經驗，弓網之間的磨耗分為機械磨耗和電氣磨耗兩種。機械磨耗指受電弓碳滑板在滑動取流過程中與接觸線相互摩擦產生的磨耗。電氣磨耗是指受電弓碳滑板與接觸線相互摩擦過程中產生的電火花（或電弧）引起局部高溫的現象，從而造成二者物理特性變化的磨耗[1]。

3.1 接觸網方面

（1）接觸網拉出值分布不合理。某個數值布置多，在受電弓碳滑板的相對位置磨耗時間、次數會增多，就會產生局部過量磨損的情況，而受電弓碳滑板的凹凸不平也會造成接觸線異常磨耗現象，加劇弓網異常磨耗[2]。

（2）接觸網技術參數（導高、拉出值）實測值與設計值偏差大。接觸網技術參數（導高、拉出值）存在較大差值不僅會加劇電氣磨耗，還會產生接觸線硬點，造成弓網間接觸壓力變化，增加燃弧現象，加劇弓網異常磨耗。

（3）接觸網重點設備（錨段關節、線岔、分段絕緣器等）技術狀態異常。受電弓通過這些設備時形成撞擊點，造成弓網間壓力和振動幅度增大，除了機械磨耗增加，燃弧的增加也加劇電氣磨耗。

3.2 電客車受電弓方面

（1）受電弓本體技術狀態異常。受電弓本體底架、下臂桿、弓頭、拉桿等出現變形、裂紋、損傷現象，造成弓架不平穩，影響接觸壓力，弓網之間接觸力過大會造成碳滑板機械磨耗過快，反之弓網接觸時斷時續，受流不穩定，產生一定的電氣磨耗[3]。

（2）受電弓碳滑板表面粗糙。受電弓碳滑板表面粗糙，甚至出現刮痕、毛刺等現象，此時弓網間作用力關系表現為銼磨關系，短時間內接觸線和碳滑板工作面無法形成平滑面，從而導致弓網關系持續惡化，加劇機械、電氣磨耗。

3.3 其他方面

（1）軌道線路環境情況。位于曲線區段、特殊道床結構、線路坡度過大以及線路幾何尺寸不符合設計標準值都會導致列車震動加大，使接觸線與受電弓離線率和燃弧率增加，加劇機械、電氣磨耗。

（2）牽引電流過大。地鐵運營中一輛或多輛列車在同一供電臂中運行，接觸線電流過大，弓、網接觸面表面溫度升高，加劇電氣磨耗。

4 現場排查情況及原因分析

根據造成弓網異常磨耗原因，針對南寧地鐵2 號線運營期間發生的兩次不同弓網異常磨耗情況，接觸網專業和車輛專業分別針對各自專業的相關設備進行排查分析，并聯合其他相關專業對地鐵行車環境進行排查分析。

4.1 接觸網專業排查情況

（1）接觸網拉出值分布情況排查。2 號線一期工程正線共6276 個定位，其中拉出值正值（面向車輛段方向右側）共3138 個，拉出值負值共3138 個；2 號線東延線正線共1889 個定位，其中拉出值正值共941個，拉出值負值共948 個。從圖6 可以看出拉出值正、反定位分布基本一致。

圖6 2 號線及東延線接觸網拉出值分布圖

（2）接觸網重點設備技術狀態排查

針對第一次弓網異常磨耗，排查建設路站下行等5 處異常磨耗嚴重處所接觸網連接重點設備類型情況，發現均未連接錨段關節、線岔、分段絕緣器、中心錨結等設備，因此無需考慮重點設備技術狀態情況。

針對第二次弓網異常磨耗，排查全線259 處錨段關節、31 組線岔、折返線分段絕緣器技術參數符合要求，其零部件狀態良好、各部螺栓緊固力矩達標。

（3）接觸網技術參數（導高、拉出值）實測值與設計值偏差排查

第一次弓網異常磨耗階段，通過對比2 號線一期工程其它31 處列車出站加速區（1054 個定位）接觸網技術參數實測值，發現建設路站等5 處異常磨耗嚴重處所接觸網參數雖符合《地下鐵道工程施工及驗收規范》標準，但基本臨近臨界值，導高偏差在7 ～ 10 mm范圍不等，拉出值偏差在9 ～ 20 mm 范圍不等；而其他處與設計值的偏差較小基本在±5 mm 以內。

第二次弓網異常磨耗階段，經測量全線（8165 個定位）接觸網技術參數符合標準，且沒有接近臨界值的情況，偏差基本在±5 mm 以內。

4.2 電客車受電弓排查情況

（1）受電弓碳滑板最大磨耗相對位置分布情況

第一次弓網異常磨耗階段，分析已更換下和返回車庫后的84 根受電弓碳滑板磨耗情況，最大磨耗處所普遍位于受電弓碳滑板中心線兩側約75 mm 處。第二次弓網異常磨耗階段，分析已更換下和返回車庫后的200 根受電弓碳滑板磨耗情況，最大磨耗處所磨砂位置分布如圖7 所示，大部分位于受電弓碳滑板中心線兩側50 ～ 100 mm 處，與接觸網拉出值分布情況并不是完全吻合。

圖7 受電弓碳滑板最大磨耗相對位置分布圖

（2）受電弓本體技術狀態排查

檢查26 列電客車受電弓本體底架、下臂桿、弓頭、拉桿等無變形、裂紋、損傷現象，各部螺栓力矩達標；接觸壓力符合要求（接觸壓力值120±10 N）。

（3）受電弓碳滑板表面情況排查

第一次弓網異常磨耗階段，受電弓碳滑板普遍存在凹槽磨痕，表面光滑且沒有撞擊或刮傷痕跡，測量凹槽分布位置，最深處位于距碳滑板中心線兩側約75 mm 處。第二次弓網異常磨耗階段，受電弓碳滑板表面非常粗糙并呈現不規則狀，表面、側面存在電燒蝕的黑色痕跡，并有小面積崩缺現象。

4.3 其他方面排查情況

（1）軌道線路環境情況

第一次弓網異常磨耗階段，排查9 km 的軌道線路曲線分布、道床結構差異、線路坡度情況，建設路站下行等5 處異常磨耗處所并非都位于曲線區段，道床結構、線路坡度大小與2 號線其他列車出站加速區相比不具有特殊性。

第二次弓網異常磨耗階段，結合上一次排查結果，額外排查47 km 的軌道線路條件及參數是否符合設計標準值，經專業人員對正線的線路進行檢測，線路條件及參數符合設計標準，無超限處。

（2）列車取流情況排查。

在2 號線地鐵的牽引變電所內統計運營時間電客車取流情況，分析各站列車出站時的電流，建設路站下行等5 處異常磨耗嚴重處所電流并非最大值，與2 號線其他列車出站加速區相比電流大小也不具有特殊性。

4.4 原因分析

（1）第一次弓網異常磨耗

根據排查情況結合弓網磨耗原理分析，接觸網異常磨耗的地點主要位于列車出站加速區，其原因是該區段接觸網參數（導高、拉出值）實測值與設計值偏差較大，從而產生接觸線硬點，導致弓網離線率、燃弧率增加，弓網磨耗主要體現為電氣磨耗。受電弓碳滑板表面凹槽磨痕，原因是在接觸線異常磨耗處所電氣磨耗的作用下，其對應受電弓碳滑板位置的磨耗也相應增加，長時間的作用下必然造成受電弓碳滑板在特定位置有明顯的凹槽。

（2）第二次弓網異常磨耗

根據排查情況、弓網磨耗原理及在車頂空調和貫通道頂部表面縫隙處發現的大量銅粉分析，造成此次弓網異常磨耗形成的原因是受電弓碳滑板、接觸線工作面均呈粗糙狀，弓網間作用力關系表現為銼磨關系，銼磨作用下接觸線和受電弓碳滑板工作面無法摩擦成平滑面，致使弓網關系持續惡化，接觸線與受電弓碳滑板磨耗量大、速度快，并產生大量金屬碎屑和碳粉末，弓網磨耗主要體現為機械磨耗。

5 整改措施

綜合兩次弓網異常磨耗的原因分析，可以得出緩解磨耗最直接最根本的解決方案是“恢復”弓網關系初始狀態：一是消除接觸線不均勻磨耗面、刮痕、毛刺，盡可能保持接觸線磨耗面平滑、平整；二是消除受電弓碳滑板不規則的工作面，盡可能保持碳滑板表面平滑、無凹槽；三是消除接觸網參數（導高、拉出值）實測值與設計值偏差。

（1）接觸網參數（導高、拉出值）優化調整

為緩解第一次弓網異常磨耗，接觸網專業完成了列車出站加速區接觸網參數優化調整，將導高與設計偏差值控制在±3 mm 內、拉出值與設計偏差值控制在±5 mm 內。經后期監測，接觸線的異常磨耗有所緩解，受電弓碳滑板磨耗趨勢有所回降。

為緩解第二次弓網異常磨耗，將整改重點定在確保導高變化的平順并減少弓網燃弧，為此接觸網專業完成了全線接觸網導高的優化調整，將導高與設計偏差值控制在+3 mm 內（即相鄰定位的最大高差為3 mm，并不得出現“V 型”）。完成后實時觀察分析受電弓運行狀態，弓網關系進一步得到提高。

（2）接觸線工作面打磨及受電弓碳滑板更換

不同于第一次弓網異常磨耗，在第二次弓網異常磨耗問題處理中增加弓網關系“恢復”的步驟，即受電弓碳滑板更換與接觸線打磨時間同步，利用兩天時間（第一天完成更換的電客車暫不上線運營）完成全線上線運營列車受電弓碳滑板的更換。自2021 年1 月22 日完成全線接觸線兩次打磨及受電弓碳滑板更換后，至7 月23 日重點異常磨耗處所接觸線磨耗截面寬度變化率由原來4.6 mm 降至0.11 mm，如圖8 所示，接觸線磨耗已趨于平穩；受電弓碳滑板高度磨耗比為0.58 mm/萬km，低于行業標準1.50 mm/萬km，如圖9 所示，受電弓碳滑板磨耗已趨于平穩。

圖8 弓網異常磨耗整改前后接觸線重點異常磨耗處所截面寬度變化趨勢圖

圖9 弓網異常磨耗整改前后受電弓碳滑板高度磨耗比趨勢圖

（3）更換異常磨耗接觸線。

異常磨耗的接觸線會加劇電氣磨耗，及時更換磨耗不均勻的接觸線，減小對弓網磨耗的影響。接觸網專業完成了11 個錨段異常磨耗接觸線的更換，經后期監測，換線后的接觸線磨耗無加重趨勢，受電弓碳滑板磨耗也趨于平穩。

（4）定期維護受電弓碳滑板。針對受電弓碳滑板工作面出現較輕偏磨、凹槽的不規則磨耗，及時打磨，維持其平滑度、平整面；對達到更換條件的受電弓碳滑板及時更換。

6 結語

通過對弓網異常磨耗問題的分析研究，總結歸納了導致問題產生的原因，從理論上探討解決磨耗問題的方法，并應用到實際中。在地鐵運營中，接觸線的磨耗問題始終和列車受電弓磨耗問題有著密切聯系，針對不同類型的弓網磨耗問題提出了幾方面有效的解決策略，為運維中減緩弓網磨耗提供參考及技術指導，保證了地鐵列車的穩定運行。