地鐵剛性接觸網(wǎng)異常磨耗分析整治及預(yù)防方案

摘 要：剛性接觸網(wǎng)在城市軌道交通中應(yīng)用較廣，近年來多城市均發(fā)生剛性接觸網(wǎng)接觸線異常磨耗現(xiàn)象，接觸線磨損增加并出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象，嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)安全。現(xiàn)分享廣州地鐵二、三號(hào)線剛性接觸網(wǎng)異常磨耗的應(yīng)急整治經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)與理論分析接觸網(wǎng)異常磨耗產(chǎn)生的原因，同時(shí)對(duì)接觸網(wǎng)異常磨耗的預(yù)防方案進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：剛性接觸網(wǎng)；異常磨耗；整治經(jīng)驗(yàn)；預(yù)防方案

中圖分類號(hào)：U231.94" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）06-0072-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.06.019

0" " 引言

廣州地鐵二、三號(hào)線2019年及2020年底發(fā)生接觸網(wǎng)異常磨耗、受電弓碳滑板磨耗速率加快事件，對(duì)運(yùn)營(yíng)安全造成嚴(yán)重影響；同時(shí)，近年來全國(guó)其他地鐵包括上海、鄭州、深圳和南昌等都出現(xiàn)同類異常磨耗情況，因缺乏整治經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)營(yíng)管理者處理整治該類問題比較棘手。

鑒于此，本文分享了廣州地鐵二、三號(hào)線剛性接觸網(wǎng)異常磨耗的應(yīng)急整治過程，并對(duì)接觸網(wǎng)異常磨耗產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)接觸網(wǎng)異常磨耗的預(yù)防方案進(jìn)行了闡述，對(duì)剛性接觸網(wǎng)弓網(wǎng)異常磨耗處置具有一定的指導(dǎo)意義。

1" " 弓網(wǎng)異常磨耗概況

2019年12月8日至2019年12月28日、2020年12月30日至2021年1月19日兩個(gè)時(shí)間段，廣州地鐵二、三號(hào)線先后出現(xiàn)弓網(wǎng)異常磨耗，主要表現(xiàn)為接觸線線面剮擦、拉絲，顏色呈現(xiàn)金屬銅色，以及匯流排異常剮擦；受電弓碳滑板表面粗糙、析銅，磨耗率急劇上升，嚴(yán)重的已磨到鋁托架。下面詳細(xì)闡述接觸網(wǎng)和受電弓異常磨耗情況。

1.1" " 接觸網(wǎng)異常磨耗情況

接觸線在拉出值150～200 mm范圍內(nèi)出現(xiàn)異常剮痕，接觸線表面表現(xiàn)出的顏色是呈現(xiàn)金屬性質(zhì)的銅色，并且接觸的表面有較為粗糙的質(zhì)感，呈現(xiàn)出拉絲一樣的形狀，個(gè)別區(qū)域的接觸線表面有剮出銅絲的現(xiàn)象，車頂出現(xiàn)銅絲，同時(shí)匯流排側(cè)面出現(xiàn)異常剮擦痕跡，如圖1所示。

接觸網(wǎng)專業(yè)從2019年12月14日開始對(duì)全線熱滑情況進(jìn)行跟蹤分析：弓網(wǎng)間弓網(wǎng)打火拉弧情況較同年10月、11月有明顯增加，主要表現(xiàn)為打火拉弧位置數(shù)量增加、弧光增大、燃弧時(shí)間長(zhǎng)、有火星濺射現(xiàn)象；且存在接觸線與碳滑板劃過后，碳滑板位置仍存在高溫發(fā)光的情況。

1.2" " 受電弓碳滑板異常磨耗情況

受電弓碳滑板距離中心線150～200 mm位置磨耗率短期內(nèi)大幅提高，表面較為粗糙，有析銅現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)已接近磨到鋁托架。

統(tǒng)計(jì)2019年12月份以來的磨耗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)12月9日—16日三號(hào)線、三北線所有列車碳滑板普遍存在磨耗率異常急劇上升的問題，如表1所示。

2" " 整治過程

接觸網(wǎng)專業(yè)以對(duì)接觸線進(jìn)行打磨、拋光為主，同時(shí)開展熱滑作業(yè)，具體開展情況如下：

1）第一輪接觸線打磨、拋光。投入大量人力利用3天時(shí)間完成全線受損接觸線第一輪打磨、拋光，消除了接觸線線面棱形刮痕；對(duì)部分第一次打磨過的接觸線進(jìn)行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)部分接觸線的線面有新增剮痕，線面兩側(cè)毛刺較多。

2）第二輪接觸線打磨、拋光。接觸網(wǎng)專業(yè)用細(xì)砂紙（500目、800目）、尼龍拋光片對(duì)三號(hào)線、三北線全線被剮蹭的接觸線進(jìn)行第二次打磨、拋光。21日至22日凌晨跟蹤第二次打磨、拋光過的接觸線，線面有新增剮痕，剮痕程度較輕，線面兩側(cè)有細(xì)小毛刺。

3）每日開展熱滑作業(yè)監(jiān)控弓網(wǎng)關(guān)系，特殊位置安裝定點(diǎn)監(jiān)控?cái)z像頭對(duì)弓網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

車輛專業(yè)以3天為周期對(duì)所有車碳滑板進(jìn)行檢查，要求碳滑板厚度不得低于27 mm，同時(shí)對(duì)滑板厚度大于27 mm、凹槽深度大于3 mm或者不能圓弧過渡的碳滑板，使用600目的砂紙配套工裝打磨處理，確保弓網(wǎng)接觸良好。

經(jīng)過接觸網(wǎng)專業(yè)兩輪打磨處理及車輛專業(yè)的檢查整治，接觸線線面趨于正常，碳滑板磨耗率逐漸降低至正常水平。

3" " 原因分析

根據(jù)廣州二、三號(hào)線弓網(wǎng)異常磨耗現(xiàn)象以及整治過程中積累的經(jīng)驗(yàn)，以問題為導(dǎo)向，排除相關(guān)穩(wěn)定不變量：主要為接觸網(wǎng)導(dǎo)高拉出值、接觸線更換頻率、碳滑板更換頻率、碳滑板材料工藝以及受電弓抬升力等，可以得出弓網(wǎng)異常磨耗是在一定的環(huán)境下，由于其他因素的累積疊加，弓網(wǎng)之間的良好匹配關(guān)系遭到破壞，弓網(wǎng)系統(tǒng)難以自動(dòng)修復(fù)，且異常磨耗情況進(jìn)一步擴(kuò)大，人為介入以上措施后才得以控制。分析總結(jié)后主要存在以下兩個(gè)變量：環(huán)境濕度和弓網(wǎng)輪廓匹配。

3.1" " 環(huán)境濕度影響

從2021年8月開始，接觸網(wǎng)專業(yè)在隧道的關(guān)鍵典型部位安裝了溫濕度監(jiān)測(cè)裝置對(duì)隧道內(nèi)的環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行采集，同時(shí)比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備呈現(xiàn)出的狀態(tài)，可以得出以下結(jié)論：

1）隧道里的環(huán)境溫度變化較小，沒有太大的突變情況；而相對(duì)濕度的變化是比較大的，相對(duì)濕度存在突變現(xiàn)象。

2）在相對(duì)濕度驟降時(shí)，降低接近30%，檢查碳滑板發(fā)現(xiàn)有些滑板的外表存在輕微的異常磨耗形狀，形狀表現(xiàn)為深溝狀，并且在距離碳滑板中心200 mm的范圍能夠發(fā)現(xiàn)滑板的表面以及棱邊位置是較為粗糙的，呈現(xiàn)氧化膜的現(xiàn)象較為不明顯；同時(shí)，接觸線表面也存在個(gè)別位置線面粗糙的現(xiàn)象。

3）在相對(duì)濕度增加、高于30%時(shí)，檢查碳滑板發(fā)現(xiàn)犁溝狀磨耗現(xiàn)象及接觸線局部表面線面粗糙的現(xiàn)象逐步減少。

通過現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，結(jié)合文獻(xiàn)的理論分析可知：相對(duì)濕度對(duì)剛性弓網(wǎng)系統(tǒng)接觸線和滑板的磨損有重要影響。剛性接觸網(wǎng)—受電弓系統(tǒng)使用的滑板材料是浸金屬碳材料，接觸線是銅銀合金接觸線[1]。研究表明，相對(duì)濕度可以作用于石墨界面和銅之間的轉(zhuǎn)移膜，從而影響到材料載流摩擦學(xué)的性能變化。當(dāng)相對(duì)濕度低于30%時(shí)，石墨的潤(rùn)滑效果將無法得到保證，在碳滑板和接觸線之間就不容易形成一層氧化膜，滑板與接觸線之間近似干摩擦[2]。而受電弓滑板洛氏硬度為110HR5/1 470，接觸線洛氏硬度為54HR5/1 470，滑板材料硬度約為接觸線材料硬度的2倍，滑板材料的磨屑對(duì)接觸線形成犁削作用，從而在接觸線表面形成大量的犁溝，使滑板和接觸線之間的接觸面變得更為粗糙，加大了滑板和接觸線的機(jī)械磨損和電弧燒蝕，從而引起了滑板和接觸線材料的異常磨耗[3]。

3.2" " 弓網(wǎng)輪廓匹配

接觸線局部磨耗與碳滑板凹槽共同作用，受碳滑板凹槽影響，碳滑板與局部磨耗接觸線不能完全接觸，弓網(wǎng)間存在間隙放電導(dǎo)致接觸線與碳滑板燒蝕，加劇電氣磨耗；極端情況下，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知，拉出值為180～200位置接觸線磨耗剩余厚度≤3 mm，碳滑板凹槽高差≥4 mm（即凹槽斜邊的角度≥12°），如圖2所示，碳滑板剮擦匯流排側(cè)面，進(jìn)而導(dǎo)致離弓，引起更大的拉弧，接觸線及碳滑板磨耗進(jìn)一步惡化，嚴(yán)重的會(huì)引起弓網(wǎng)故障。

4" " 預(yù)防方案

4.1" " 修訂維修規(guī)程

1）制定日常打磨周期。

接觸網(wǎng)專業(yè)對(duì)處于出站臺(tái)及站臺(tái)兩個(gè)錨段的剛性接觸網(wǎng)接觸線的剩余外露的厚度小于4 mm的位置進(jìn)行定期跟蹤和檢查，每個(gè)季度對(duì)接觸線兩側(cè)棱角以及毛刺的地方進(jìn)行打磨[4]。

車輛專業(yè)對(duì)碳滑板的表面進(jìn)行檢查，重點(diǎn)是距離中心線的位置-240～240 mm范圍內(nèi)的凹槽處，對(duì)凹槽斜邊的角度大于12°或者不能圓弧平滑過渡的地方進(jìn)行打磨處理[4]。

2）提高更換標(biāo)準(zhǔn)。

剛性接觸網(wǎng)接觸線更換標(biāo)準(zhǔn)由匯流排不能直接與碳滑板摩擦，調(diào)整為匯流排夾持口外的接觸線最小厚度應(yīng)不低于3 mm。

3）監(jiān)測(cè)隧道溫濕度。

在隧道內(nèi)安裝溫濕度監(jiān)測(cè)儀，日常定期查看溫濕度數(shù)據(jù)，冬季大降溫干燥季節(jié)，每天查看隧道環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，相對(duì)濕度下降明顯時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)相應(yīng)預(yù)防措施。

4.2" " 制定干燥季節(jié)維修策略

1）啟動(dòng)條件。

干燥季節(jié)，車輛、接觸網(wǎng)專業(yè)每天查看隧道環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，相對(duì)濕度降至30%時(shí)啟動(dòng)。

2）特殊維護(hù)周期。

一種情況是從相對(duì)濕度下降到了20%起到相對(duì)濕度開始回升后兩周時(shí)間范圍，另一種情況是從相對(duì)濕度下降到了30%起到相對(duì)濕度開始回升后一周的時(shí)間范圍。

3）制定特殊的維修策略。

（1）在進(jìn)行弓網(wǎng)設(shè)備日常維保過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)受電弓碳滑板及接觸網(wǎng)接觸線表面狀態(tài)的關(guān)注，特別是出現(xiàn)顏色或粗糙程度異常時(shí)，應(yīng)結(jié)合設(shè)備維護(hù)進(jìn)行拍照留存，如有異常，及時(shí)通報(bào)。

（2）碳滑板表面跟蹤、打磨：碳滑板表面出現(xiàn)粗糙和析銅需及時(shí)用600目或以上砂紙打磨，加密碳滑板檢修頻次（1次/周），根據(jù)碳滑板磨耗率實(shí)時(shí)調(diào)整更換標(biāo)準(zhǔn)。

（3）加密接觸網(wǎng)熱滑頻次（1次/周）。

（4）接觸線針對(duì)性跟蹤、打磨。

對(duì)拉出值在±（180，200）范圍內(nèi)的接觸線進(jìn)行一次有針對(duì)性的打磨；每條線選擇2處拉出值在（180，200）的位置，定期檢查接觸線線面狀態(tài)（2次/月）；對(duì)重點(diǎn)磨耗區(qū)段磨耗（接觸線剩余厚度≤4 mm）加密跟蹤檢查（2次/月）。

4）跟蹤碳滑板磨耗率，若磨耗率快速增長(zhǎng)至正常情況的4倍及以上，啟動(dòng)應(yīng)急處置工作。

4.3" " 備件儲(chǔ)備

為做好接觸線異常磨耗情況下的應(yīng)對(duì)與處理工作，提前儲(chǔ)備充足的備件及工器具。備件方面主要為接觸線、碳滑板，確保備件充足；工器具主要為接觸線打磨工裝、打磨機(jī)、砂紙等，用于接觸線、碳滑板的打磨和拋光。

4.4" " 專業(yè)聯(lián)動(dòng)

剛性接觸網(wǎng)異常磨耗的預(yù)防與處理涉及多個(gè)專業(yè)，因此各專業(yè)的聯(lián)動(dòng)顯得尤為重要。特別是接觸網(wǎng)和車輛專業(yè)，在預(yù)防與監(jiān)測(cè)階段，接觸網(wǎng)專業(yè)與車輛專業(yè)應(yīng)搭建起順暢的信息交流平臺(tái)與渠道，及時(shí)通報(bào)各專業(yè)設(shè)備的情況，以便出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠迅速做出應(yīng)對(duì)。

5" " 結(jié)束語

本文基于廣州地鐵二、三號(hào)線連續(xù)兩年的弓網(wǎng)異常磨耗的處理、跟蹤、分析與試驗(yàn)，得出造成弓網(wǎng)異常磨耗的因素主要有環(huán)境濕度和弓網(wǎng)輪廓匹配兩個(gè)方面。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)整治過程，分享了干燥季節(jié)弓網(wǎng)異常磨耗整治經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為預(yù)防類似事件的發(fā)生制定了預(yù)防方案，對(duì)國(guó)內(nèi)同行遇到類似情況的處理具有一定的指導(dǎo)意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 黃樹智，肖敬義，賀祖團(tuán).城市軌道交通運(yùn)營(yíng)后期弓網(wǎng)異常磨耗整改及預(yù)防措施[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2022（5）：68-72.

[2] 王星星，辛順，吳睿渲，等.不同相對(duì)濕度下銅-石墨配副載流摩擦性能研究[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，43（3）：9-13.

[3] 張哲，張松，都業(yè)林.空氣濕度對(duì)剛性接觸線和受電弓碳滑板磨耗影響的試驗(yàn)研究[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)車，2023（1）：18-20.

[4] 邱偉明，賀佳琦.廣州地鐵三號(hào)線弓網(wǎng)異常磨耗分析及解決方案[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2023，30（3）：57-60.

收稿日期：2023-11-21

作者簡(jiǎn)介：舒斯龍（1988—），男，江西人，城市軌道交通供電工程師，研究方向：城市軌道交通運(yùn)營(yíng)技術(shù)管理。