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

黃樹(shù)智，肖敬義，賀祖團(tuán)

（沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，遼寧沈陽(yáng) 110000）

1 引言

沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線于2010年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，2號(hào)線于2011年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，全部為地下線路，采用接觸線受流，正線段全部采用剛性接觸網(wǎng)DC1500V受流，設(shè)計(jì)最高速度80 km/h。 2018年1月，沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線碳滑板磨耗急劇增加；2020年12月，沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線碳滑板磨耗急劇增加。弓網(wǎng)異常磨耗現(xiàn)象通常演變較快，給地鐵運(yùn)營(yíng)公司反應(yīng)和處理的時(shí)間較短，且容易引起突發(fā)事故，甚至導(dǎo)致停運(yùn)，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)影響較大。

2 弓網(wǎng)異常磨耗情況

2.1 沈陽(yáng)地鐵 1 號(hào)線

2018年1月24日到2018年3月4日，沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線弓網(wǎng)異常磨耗發(fā)展過(guò)程如下：站臺(tái)報(bào)打火花現(xiàn)象，車頂無(wú)銅屑；車頂開(kāi)始出現(xiàn)銅屑，碳滑板表面出現(xiàn)異常溝槽，正線出現(xiàn)弓網(wǎng)異響；碳滑板表面出現(xiàn)磕碰、接觸線出現(xiàn)切削；碳滑板溝槽消失，弓網(wǎng)打火嚴(yán)重，碳滑板磨耗加快、表面碳晶層消失，車頂銅屑銅絲增多，接觸線出現(xiàn)毛刺；銅屑、毛刺等現(xiàn)象消失，碳滑板逐漸形成碳晶層，接觸線表面逐漸恢復(fù)光滑。其異常磨耗值變化如圖1所示。

（1）2018年1月24日到31日，沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線碳滑板磨耗急劇增加，2車日平均磨耗量由平穩(wěn)期的1～1.5 mm/萬(wàn)km增高至41.1 mm/萬(wàn)km，5車日平均磨耗量由0.6 mm/萬(wàn)km增高至10.8 mm/萬(wàn)km。

（2）2018年2月1日到12日，磨耗量控制在15～25 mm/萬(wàn) km。

（3）2018年2月14日到20日，磨耗量再次急劇增加，2車日平均磨耗量最高達(dá)到46.8 mm/萬(wàn)km，5車日平均磨耗量最高達(dá)到35.3 mm/萬(wàn)km。

（4）2018年2月21日之后，2車日平均磨耗量降至1.0 mm/萬(wàn)km左右，5車日平均磨耗量降至0.3 mm/萬(wàn)km左右并趨于穩(wěn)定。

2.2 沈陽(yáng)地鐵 2 號(hào)線

2020年12月9日到2021年1月21日，沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線弓網(wǎng)異常磨耗發(fā)展過(guò)程如下：碳滑板中心位置出現(xiàn)深V型槽，表面碳晶層消失，正線個(gè)別車站出現(xiàn)弓網(wǎng)異響；凹槽消失，碳滑板表面碳晶層消失，碳滑板出現(xiàn)磕碰，接觸線表面粗糙；正線拉弧現(xiàn)象明顯增多，車頂出現(xiàn)銅屑、銅絲；各種異?，F(xiàn)象消失，碳滑板表面逐漸形成碳晶層，接觸線表面逐漸光滑。其異常磨耗值變化如圖2所示。

（1）2020年12月9日 到14日，沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線碳滑板磨耗急劇增加，2車日平均磨耗量由平穩(wěn)期的1～2 mm/萬(wàn)km增高至139.77 mm/萬(wàn)km，5車日平均磨耗量增高至121.54 mm/萬(wàn)km。

（2）2020年12月15日到24日，2車、5車日平均磨耗量均下降至1.51 mm/萬(wàn)km并趨于穩(wěn)定。

（3）2021年1月2日到9日，磨耗再次急劇增加，2車日平均磨耗量最高達(dá)到26.09 mm/萬(wàn)km，5車日平均磨耗量最高達(dá)到12.14 mm/萬(wàn)km。

（4）2021年1月10日后，磨耗量逐漸趨于穩(wěn)定。

3 弓網(wǎng)異常磨耗原因分析

沈陽(yáng)地鐵1號(hào)、2號(hào)線弓網(wǎng)異常磨耗期間接觸線動(dòng)態(tài)拉出值測(cè)試結(jié)果如圖3、圖4所示，由圖可知，接觸線動(dòng)態(tài)拉出值主要分布在-200～+200 mm，其拉出值和導(dǎo)高等數(shù)據(jù)基本在合理區(qū)間，未發(fā)現(xiàn)異常因素?？梢?jiàn)，運(yùn)營(yíng)后期出現(xiàn)的弓網(wǎng)異常磨耗通常不是由拉出值和導(dǎo)高等因素引起的，而是多種因素的積累和疊加到一定程度后，弓網(wǎng)之間的良好摩擦狀態(tài)遭到破壞，弓網(wǎng)系統(tǒng)難以自行磨合和修復(fù)，使弓網(wǎng)異常狀態(tài)范圍擴(kuò)大，由單一異常狀態(tài)演變到復(fù)雜的異常狀態(tài)。弓網(wǎng)關(guān)系的影響因素包括基礎(chǔ)因素、人為因素和外部因素。

3.1 基礎(chǔ)因素

（1）大截面接觸線的增加。隨著運(yùn)營(yíng)年限的增加，線路上接觸線磨耗截面寬度（Y值）大于8 mm的大截面導(dǎo)線不斷增加，雖然大截面導(dǎo)線與受電弓碳滑板接觸面積大更有利于受流，但大截面導(dǎo)線的側(cè)棱較為鋒利，可能會(huì)切削碳滑板。

（2）新的碳滑板大批量更換或壽命周期末期碳滑板增加。實(shí)踐證明，新的碳滑板更換后會(huì)有1周左右的磨合期，在磨合期內(nèi)弓網(wǎng)之間會(huì)產(chǎn)生大量拉弧打火現(xiàn)象。壽命周期末期的碳滑板表面質(zhì)量逐漸惡化，平順度下降，弓網(wǎng)之間的匹配度也會(huì)下降。這2種情況對(duì)弓網(wǎng)摩擦都會(huì)帶來(lái)一定影響。

3.2 人為因素

由于受電弓和接觸線檢修是由多人作業(yè)，作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)不同，作業(yè)條件不同，檢修質(zhì)量方面難免出現(xiàn)差別。在日常檢修方面，對(duì)弓網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生影響的因素主要有受電弓抬升壓力、碳滑板表面的平整度、同一受電弓的碳滑板的水平角度，接觸線的參數(shù)測(cè)量、錨段關(guān)節(jié)、分段絕緣器、匯流排接頭等。

3.3 外部環(huán)境因素

沈陽(yáng)地鐵1號(hào)、2號(hào)線的弓網(wǎng)異常磨耗均發(fā)生在冬季，而且異常磨耗期間均有溫度驟降的情況，因此，推斷冬季溫度變化是弓網(wǎng)異常磨耗的誘因之一，其影響機(jī)理還沒(méi)得到完全證明，可能是由于冬季溫度降溫導(dǎo)致接觸線角度變化或者出現(xiàn)一些卡滯、硬點(diǎn)等情況。

從現(xiàn)有數(shù)據(jù)可知，沈陽(yáng)地鐵1號(hào)、2號(hào)線弓網(wǎng)異常磨耗均為以上各項(xiàng)因素疊加的結(jié)果，非單一變量導(dǎo)致。

4 異常磨耗的整改措施

針對(duì)弓網(wǎng)異常磨耗問(wèn)題，盡早發(fā)現(xiàn)處置能夠有效遏制異常磨耗的進(jìn)一步擴(kuò)大和惡化。早期弓網(wǎng)異常的現(xiàn)象主要有弓網(wǎng)打火花、拉弧增多、碳滑板出現(xiàn)凹槽、弓網(wǎng)間出現(xiàn)異響等。當(dāng)出現(xiàn)弓網(wǎng)異常磨耗現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)盡快重新構(gòu)建接觸線和碳滑板之間的良好摩擦關(guān)系。

4.1 研判

（1）判斷近期受電弓和接觸線是否進(jìn)行改造或接觸線Y值是否超標(biāo)（大于12.5 mm），對(duì)受電弓和接觸線進(jìn)行全面的梳理、排查和精調(diào)。

（2）判斷弓網(wǎng)異常磨耗形式。一般情況下，電氣磨耗和機(jī)械磨耗均同時(shí)存在，應(yīng)針對(duì)磨耗現(xiàn)象，研判以哪種磨耗形式為主。磨耗形式不同，其整改的側(cè)重也不同。以機(jī)械磨耗為主的碳滑板表面比較粗糙，少見(jiàn)拉弧灼傷現(xiàn)象（圖5）；以電氣磨耗為主的碳滑板表面拉弧灼傷現(xiàn)象較為明顯（圖6）。

（3）從弓網(wǎng)磨耗現(xiàn)象來(lái)看，沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線電氣磨耗首先增加，隨后機(jī)械磨耗快速出現(xiàn)并加劇，后期以機(jī)械磨耗為主；沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線則以機(jī)械磨耗為主，電氣磨耗為輔。

4.2 以機(jī)械磨耗為主的整改措施

以機(jī)械磨耗為主的整改措施重點(diǎn)要調(diào)整受電弓和接觸線之間的硬摩擦狀態(tài)。

（1）接觸線打磨。大截面接觸線位置的側(cè)棱與碳滑板之間可能出現(xiàn)“鋒刃”現(xiàn)象，互相切削。因此，接觸線專業(yè)應(yīng)對(duì)導(dǎo)線側(cè)棱進(jìn)行打磨，將側(cè)棱打磨成圓弧狀，避免導(dǎo)線與碳滑板之間出現(xiàn)“鋒刃”現(xiàn)象；此外，還應(yīng)對(duì)曲線的線面和大磨耗位置的線面進(jìn)行打磨，針對(duì)波磨區(qū)段進(jìn)行重點(diǎn)打磨，如截面比較大的位置、錨段關(guān)節(jié)、經(jīng)常打火花的位置等。盡量在短時(shí)間內(nèi)將接觸線打磨1 遍，觀察3～4天后再進(jìn)行1遍打磨。

（2）碳滑板打磨。當(dāng)碳滑板出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象時(shí)，弓網(wǎng)之間載流面積小容易產(chǎn)生拉弧，且弓網(wǎng)之間摩擦角度不正常，容易導(dǎo)致碳滑板掉塊，接觸線表面粗糙度增加，磨耗量增大，進(jìn)而導(dǎo)致弓頭卡滯、弓頭不水平；當(dāng)出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象時(shí)，崩邊處產(chǎn)生較為鋒利的棱角，易對(duì)接觸線產(chǎn)生切削。因此，同一受電弓前后碳滑板之間的高差要滿足標(biāo)準(zhǔn)，從弓網(wǎng)異常磨耗出現(xiàn)起就應(yīng)進(jìn)行碳滑板的打磨。

（3）大截面接觸線更換。接觸線的更換標(biāo)準(zhǔn)為Y值達(dá)到12.5 mm左右，但鑒于較大截面接觸線的鋒刃作用，應(yīng)選擇大截面的接觸線進(jìn)行更換以恢復(fù)弓網(wǎng)狀態(tài)。具體標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)視運(yùn)營(yíng)實(shí)際情況確定，一般可認(rèn)為10 mm以上的接觸線截面為較大數(shù)值。

（4）分段絕緣器精調(diào)。弓網(wǎng)異常磨耗期間要時(shí)刻關(guān)注分段絕緣器的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)碳滑板與分段絕緣器之間有撞擊的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)要及時(shí)對(duì)分段絕緣器進(jìn)行參數(shù)精調(diào)，將誤差縮小到最小，同時(shí)打磨導(dǎo)流板端部倒角，使碳滑板能夠更加平滑的過(guò)渡。對(duì)受溫度變化影響較大的柔性分段絕緣器進(jìn)行技術(shù)改造，以消除溫度變化時(shí)上網(wǎng)電纜對(duì)線索伸縮產(chǎn)生的影響。對(duì)正線錨段關(guān)節(jié)、線岔設(shè)備進(jìn)行精調(diào)，在原有非工作支抬高2～4 mm的基礎(chǔ)上，在特殊區(qū)段，如原有非工作支始觸區(qū)仍存在啃線情況，則將非工作支抬高至碳滑板不撞擊接觸線為宜，最高不超過(guò)7 mm，避免硬點(diǎn)的產(chǎn)生。

4.3 以電氣磨耗為主的整改措施

以電氣磨耗為主的整改要盡量調(diào)整列車大電流出站的情況，同時(shí)也要調(diào)整受電弓和接觸線之間的硬摩擦狀態(tài)。

（1）調(diào)整列車運(yùn)行方式。對(duì)于以電氣磨耗為主的情況，其現(xiàn)象為碳滑板表面拉弧灼傷嚴(yán)重，拉弧位置一般位于列車出站位置或進(jìn)站位置，而且位置比較集中，容易使接觸線受熱變軟，從而出現(xiàn)掉銅屑、銅絲的現(xiàn)象。這種情況下建議將列車自動(dòng)駕駛（ATO）模式調(diào)整為信號(hào)監(jiān)控下的人工駕駛（ATP）模式，也可考慮在個(gè)別區(qū)段限速，這樣可有效減少拉弧打火現(xiàn)象。

（2）其他整改措施。接觸線打磨、碳滑板打磨、分段絕緣器精調(diào)等與機(jī)械磨耗為主的整改措施基本一致。

以上是針對(duì)弓網(wǎng)異常磨耗的不同形式建議采取的不同措施，但在弓網(wǎng)異常磨耗期間現(xiàn)象多變，應(yīng)及時(shí)研判、及時(shí)采取一些有針對(duì)性的措施。

5 異常磨耗的預(yù)防措施

5.1 機(jī)制措施

（1）提高修程標(biāo)準(zhǔn)。受電弓和接觸線的修程應(yīng)達(dá)到精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，減小受電弓和接觸線的設(shè)備誤差，降低弓網(wǎng)摩擦不良的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）接觸線更換和打磨。大截面接觸線在入冬前要進(jìn)行更換，沒(méi)有更換條件的大截面接觸線應(yīng)進(jìn)行定期打磨，特別是出現(xiàn)側(cè)棱“鋒刃”現(xiàn)象和線面波磨的區(qū)段應(yīng)重點(diǎn)保質(zhì)保量地打磨。

（3）碳滑板更換。有計(jì)劃性地為全線列車更換新碳滑板，盡量避免大批量集中更換，尤其應(yīng)避免在冬季大批量集中更換。

（4）建立弓網(wǎng)專業(yè)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。弓網(wǎng)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)于設(shè)備的改造要互相知曉、互相配合，對(duì)于弓網(wǎng)之間的異常苗頭性問(wèn)題要及時(shí)溝通，高度重視，共同探討、解決弓網(wǎng)之間的問(wèn)題。

5.2 技防措施

建議在列車上全線安裝監(jiān)視弓網(wǎng)打火花等異常狀態(tài)的高清攝像頭，隨時(shí)監(jiān)控弓網(wǎng)之間的異常狀態(tài)。

5.3 應(yīng)急物資儲(chǔ)備

為保障弓網(wǎng)異常磨耗期間的物資儲(chǔ)備，建議有弓網(wǎng)異常磨耗風(fēng)險(xiǎn)的線路，儲(chǔ)備1萬(wàn)m以上的接觸線、 3～4倍于列車在用數(shù)量的碳滑板，防止由于物資供貨緊張問(wèn)題導(dǎo)致的停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)。