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浅析地铁列车受电弓磨损

  摘 要 通过寻找受电弓运行中产生非正常磨损的主要因素,并对材料选型、接触网构造、施工精度等方面进行分析,确定从设计、施工到运营各阶段的技术对策,以减少受电弓的非正常磨损。

  关键词 受电弓;接触网;磨损;拉出值;分段绝缘器

  1引言

  深圳地铁五号和二号线开通一年多以来,牵引供电系统总体运行平稳,但在日常维护、保养中五号线的受电弓相对于二号线出现了较为严重的非正常磨损,出现了较为严重的沟槽和拉弧后产生的烧结的现象。受到非正常磨损后的受电弓在运行中会进一步恶化弓网关系,可能降低受电弓和接触网的使用寿命,严重影响牵引供电质量和供电安全。

  2受电弓磨损的原因分析

  在电力牵引的线路中,受电弓在高速滑行中与接触线间存在着极为复杂的机械摩擦作用和电气作用,主要表现为接触线磨损和受电弓磨损。接触线的磨损,主要是使接触线截面积变小,不但使有效载流量下降,还会增加磨损较重区段的局部抗拉应力,严重影响接触网的安全运行;受电弓磨损,会降低受电弓的使用寿命,严重的会在受电弓滑板上形成沟槽甚至裂纹。在当前地铁列车运输繁忙的情况下,研究如何减少非正常磨损就显得极为重要。

  2.1材料选型对磨耗影响

  作者简介:潘卫波,男,本科,工程师,从事轨道交通接触网专业, gaodang9152@163.com

  由于各种接触线、受电弓滑板的材质不同其物理

  特性和电气性能也不尽相同,接触线和滑板的磨耗以及弓网接触点的允许电流很大程度上依赖于两部件的材料组合,同时这种材料组合也决定了弓网的磨耗状况。

  2.1.1滑板

  深圳地铁五号线和二号线均采用接触电阻小、熔点高、导热性良好、质量小、机械强度高、弹性好、与铜或铜合金接触线之间的摩擦系数小的纯碳滑板。

  2.1.2接触线

  深圳地铁五号线和二号线均采用具有较高的导电性、张力、硬度及其承受温度变化和抗腐蚀的能力的银铜CTA120mm2接触线。

  2.1.3滑板与接触线的组合

  碳滑板光滑的表面,没有任何粗糙成分磨损接触线,已被证明特别适用于铜及铜合金接触线。碳滑板自润滑性能及耐电弧性能好,能满足高速弓网系统的动态需求和延长弓网系统使用寿命的要求。接触线、受电弓滑板的材质选型在地铁列车运行中起到决定性作用,但对于深圳地铁五号线和二号线都做到了。

  2.2接触网的构造对磨耗的影响

  接触网本身构造对磨耗影响主要由以下几个因素决定:接触线的拉出值设置、弹性、设备安装情况。

  2.2.1拉出值设置对受电弓磨耗的影响

  刚性接触网拉出值采用正弦波形布置方式,对于受电弓的磨耗,具体可参看下图

  图1刚性接触网布置方式示意图

  深圳地铁二号线刚性接触网采用正弦波形布置方式,深圳地铁五号线刚性接触网也采用正弦波形布置方式,考虑到接触线的磨耗如图1 所示。其中,D 为接触线磨耗宽度,S1、S2 为受电弓一碳滑板上某点在1/4 周期内滑过的长度。当受电弓以某一速度滑过时,S1

  深圳地铁二号线每个刚性锚段为2个正弦波周期,即正弦波周期约长100米;深圳地铁五号线刚性段每个刚性锚段为一个变化周期,即正弦波周期约长200米;在最大拉出值相同的情况下,较长的正弦波周期造成了受电弓的较大磨损,此结论与受电弓实际磨损程度是相吻合的。

  2.2.2接触网弹性对磨耗的影响

  对于刚性接触网,由于其弹性很小,可以忽略不计,所以受电弓的磨耗一般是比较大的,但接触线高度精度很高,对受电弓的非正常磨损影响是很小的。

  2.2.3设备安装质量对受电弓磨耗的影响

  分段绝缘器、道岔等是接触网必不可少的重要组成部分,这些设备是否被正确的安装、调试到最佳状态,不仅关系着本身是否能正常工作,也对受电弓的磨耗产生着很大的影响。

  深圳地铁五号线正线(高架区段)安装有两台分段绝缘器,夜间在此处观察,当地铁列车通过时存在拉弧现象,说明分段绝缘器状态存在一定问题,在不能取消正线分段绝缘器情况下,在分段绝缘器满足绝缘要求的前提下,缩短横向宽度,减少与受电弓接触范围,使拉弧现象减少了。

  在电气化铁路区段为实现电力机车完成线路转换运行设置线岔。如果线岔安装调整不到位,可能会大大加重受电弓的磨耗,甚至会损伤受电弓。一般来说,道岔处受电弓的磨损多是列车运行中始触区内安装的线夹碰撞受电弓倒角,或者线岔处拉出值、接触线抬高值调整不当受流条件较差引发拉弧,只要在施工后续维护中严格按技术标准精确调整线岔参数,这种情况基本上是可以避免的,根据深圳地铁2#线和5#线开通运营后的情况调查,在线岔处的受电弓状态和接触线磨耗是比较均匀的。说明在以上两条地铁线路中,线岔处的施工质量较好,对受电弓的磨耗影响较小。

  2.3施工精度对磨耗的影响

  在接触网的施工精度中,对受电弓磨耗影响较大的参数主要是拉出值、接触线的高度,这两个参数的施工精度直接影响受电弓的磨耗,是评价接触网施工质量的重要标准。

  2.3.1拉出值施工误差对受电弓磨耗的影响

  定位点处接触线至受电弓中心的水平距离,在直线区段叫之字值,在曲线区段叫拉出值。拉出值是确保接触网安全运行的重要技术参数,拉出值的大小直接关系弓网运行安全,同时也决定了受电弓的磨耗是否均匀,是否能避免产生对受电弓的异常冲击。

  2.3.2接触线高度施工误差的影响

  接触网上相邻悬挂点之间的导高不同,两悬挂点之间的接触线就会出现高差进而形成坡度,坡度会对弓网压力产生影响。

  在对深圳地铁五号接触网进行检测中,接触网的拉出值和接触线高度均在验收标准范围内,坡度符合要求,对受电弓的磨耗影响相对较小的。

  2.4维护水平对磨耗的影响

  长期运营中受外界天气、机械振动等其他因素的影响接触网设备、轨道可能会有螺栓松脱、位置参数变化,地铁列车的受电弓系统的检查、调整、受电弓滑板的更换,轨道调整超高或者起、拨道参数变化等,如果以上诸系统得不到及时、高水平的后期维护保养,必然使受电弓出现非正常磨损。深圳地铁五号线是严格执行深圳地铁运营维修标准的,发现受电弓磨损出现异常时,及时调整分段绝缘器的绝缘间隙,从而减少与受电弓的接触面积,同时及时更换和修正受电弓碳滑板,在改善弓网关系方面取得了比较好的经验。

  2.5外部条件对磨耗的影响

  深圳地铁五号线和二号线,对于刚性接触网来说由于深处地下,具有不受外界天气影响等天然优势。虽然长期处在潮湿环境,工作电流较大,虽然可能引起弓网之间发生电化学作用,但对于受电弓的磨损影响是较小的。

  对于少量的地上段柔性接触网在遇到大风时,将会在水平和垂直方向发生晃动,使受电弓的正常工作部位发生改变,急剧晃动的接触线和受电弓间良好的配合关系将会被破坏,在这种晃动和强电流的共同作用下,受电弓滑板的磨损将加剧,深圳地铁五号线受电弓出现非正常磨损也有这方面原因。

  2.6地铁线路情况对磨耗的影响

  地铁线路情况对磨耗的影响主要体现在竖曲线参数和线路平顺度几个方面。

  2.6.1竖曲线情况对受电弓磨耗的影响

  根据对深圳地铁五号线竖曲线的调查,线路竖曲线半径多为3000米[3],而所使用的受电弓顺线路宽度约350mm,可认为竖曲线的设置对受电弓磨耗影响较小,根据夜间现场对竖曲线处受电弓运行情况的观察,受电弓并无异常火花出现,可以证实这一推断。

  2.6.2轨道平顺度对受电弓磨耗的影响

  地铁列车在不平顺的轨道上运行会产生晃动,从而引起受电弓本身不稳定,加剧自身的磨损,但地铁为整体道床,解决了这一问题。

  3对策及建议

  根据以上对各种分析,受电弓磨耗的原因极其复杂,既有设计因素,也有施工、维护方面的因素;既有设备安装调速等人为可控因素,也有外部天气等不可控因素,因此总结上述分析,要将受电弓的磨耗尽量减小,可从以下几个方面入手:

  3.1设计阶段

  重点着眼于接触线和受电弓材质的匹配选型;刚性接触网设置拉出值时,在汇流排横线扰度和汇流排线夹内活动灵活性允许的范围内,尽量增加拉出值的变化频率。位置允许情况下避免正线设置;选择时分段绝缘器,尽量选择横向宽度小的分段绝缘器。

  3.2施工阶段

  确保精心施工,细化技术标准,确保接触网及网上设备状态良好,为受电弓运行提供最佳环境。

  3.3运营阶段

  重视地铁线路开通运行后的后期维护、保养,确保交付后的接触网状态良好,并在受电弓日常维护、保养中对接触面及时进行修正、更换,保证其运行状态。

  地铁牵引供电部门应加强与轨道维护部门的联系,及时掌握线路动态,必要时随线路调整接触网参数和分段绝缘器状态,尽最大可能避免拉弧现象发生。

  参考文献

  [1] 朱申 谢奕波. 接触网[M]. 北京: 中国铁道出版社,2009:71-78.

  [2] 深圳地铁II期工程建设与管理实践(实践).北京: 人民交通出版社,2007:672-673.

  [3] TB 10009-2005 铁路电力牵引供电设计规范[S]. 北京: 中国铁道出版社,2008.

  [4] GB50157-2003 地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

  [5] 于万聚.接触网设计及检测原理[M].北京:中国铁道出版社,1997.

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