架空刚性接触网接触线磨耗分析

架空刚性接触网接触线磨耗分析
发布时间：2023-02-01T02:58:11.769Z 来源：《中国建设信息化》2022年9月18期作者：周林[导读] 为减缓城市轨道交通牵引供电系统中架空刚性接触网接触线的磨耗速度，延长接触线使用寿命
周林
身份证号：51018419880705****
摘要：为减缓城市轨道交通牵引供电系统中架空刚性接触网接触线的磨耗速度，延长接触线使用寿命，通过对运营线路实际数据统计分析，得出接触线绝缘锚段关节设置位置、客流量过大、隧道和轨面结构变化等为造成磨耗过快的主要原因。

并针对性的提出改变绝缘锚段关节设置位置或结构方式、减缓大站载客量和改用扁平耐磨接触线材等方法来解决此问题。

关键词：架空刚性接触网；接触线；磨耗；绝缘锚段关节；客流量
城市轨道交通作为现代化交通工具，以其运量大、速度快、准点舒适、安全环保等优点而越来越受到人们的亲睐。

由于供电系统在城市轨道交通中担当着动力源泉的重要角色，而接触线正是列车从此动力源取流的唯一且无备用渠道，它的状态良好与否直接决定着列车能否安全运营。

近年来，据实际调查数据显示，接触线磨耗过快已成为地铁的一个高发问题。

为了保证列车的长期安全稳定运营，我们必须积极寻求有效方法，减缓接触线的磨耗。

一、线路实际调查
R市地铁1号线开通运营四年多，部分锚段磨耗加剧，开始换线工作。

据统计，截止2017年12月，1号线一期共计换线60个锚段，其中2015年6个，2016年25个，2017年29个，数量逐年攀升。

而1号线一期全程总计176个锚段，短短几年，换线率竟高达34.1%。

依照行业标准，正常情况下，接触线寿命为12-15年。

此点可从各市2005年前开通的线路实际换线统计中得到印证。

两相对比，不难看出，R市地铁接触线磨耗过快问题已十分严重。

本文以R市为引出点，重点分析架空刚性接触网接触线磨耗问题。

下面，我将通过实际调查数据来浅谈一下个人的观点。

通过实际跟踪调查，本人从R市地铁1号线一期所换的60个锚段和未换的锚段中，分别抽取了10个二次换线锚段、20个一次换线锚段和20个未换线锚段进行详细对比，具体如下表1、表2、表3。

按照行业标准和既有经验换算，接触线寿命12年，112mm为换线临界点，正常的月平均磨耗为：（117.15-112）/（12*12）=0.03576mm
（备注：以接触线磨损残余截面积计算，月平均磨耗数据也处于0.035mm左右）从表1看出，所换60个锚段中，有10锚段已二次换线或即将二次换线。

两次换线间隔最大不超过22个月，最小不足一年，两次换线间的月平均磨耗大部集中与0.25mm-0.45mm之间，是正常月平均磨耗的10倍。

根据现场调查得知，这10个锚段所处区段，换乘站多，客流量大，列车载重量加大，所需牵引力加大，从而取流加大。

从表2看出，此20个锚段在运营6-7年时间内换线一次，2016年和2017年间，磨耗速度加快，大部分为正常磨耗的3-6倍。

同样大部分集中于大客流区间。

若按照表1和表2各锚段的磨耗速度持续下去，那么频繁换线是在所难免的，不仅材料消耗大、人员疲惫，更重要的是，
对运营存在极大的安全隐患，还未到下一个检修周期，接触线即接近临界磨耗，随时存在断线的危险。

表3对比表1和表2，我们可以看出，表3的20个锚段，磨耗速度远远小于表1和表2的锚段，接近于正常月平均磨耗。

根据现场设备安装情况得知，表1和表2的位置，除了大多数处于大客流区段外，它们还大部分都处于绝缘锚段关节出站加速区段。

二、磨耗原因分析
通过上述实际数据对比分析，并结合现场实际经验，我们可概括出造成磨耗加快的几个原因：
（一）加速取流
为了便于行车组织，部分城市地铁线路接触网绝缘锚段关节布设于出站侧。

出站侧，列车正处于启动加速时刻，取流瞬间变大，温度急剧加升，加速了接触线的软化，从而导致其磨耗加快。

同时，在加速过程中，受电弓相对于接触线的振动也会变大，这样会导致两者接触不良，不仅会造成严重的拉弧打火现象，而且还会使接触线受到受电弓的严重冲击，严重的冲击会造成接触线的硬点形成，使得电气磨耗和机械磨耗加剧，如此恶性循环，加速接触线磨损。

鉴于此，建议后期线路尽量将绝缘锚段关节设置于进站侧，可以大大减小此种情况对接触线造成的损伤。

对于既有线，若更改难度较大，则可以考虑将出站侧绝缘锚段关节设置成短锚段或并列设置一个短锚段，让磨耗集中在短锚段上，更换接触线时仅换短锚段，节省换线成本。

此外，还可以通过弓网在线监测车每日监测线路拉弧打火现象，一旦发现，立即处理，及时解除拉弧对接触线的磨耗影响。

（二）客流量与行车间隔
1号线为R市地铁首条线路，贯穿城市南北，在整个线网中客流量最大，行车间隔最小。

随着线路的不断开通，1号线客流量将进一步加大，行车间隔将进一步缩小。

客流量大，列车承载力变大，需要的牵引动力随之变大，启动取流就将进一步变大，这样必将导致接触线磨耗加剧。

行车间隔缩小，说明列车开行对数增加，从而也就加大了接触线的机械磨耗；此外，行车间隔缩小，当前一列车经过后，接触线温度尚未降至临界点，后续列车即跟进驶来，温度再次升高，如此反复，接触线持续保持在高温状态，加速接触线的软化，软化的接触线更易被磨损。

此种情况在全国各大城市地铁中均存在此问题，对于这一情况，可以在线网规划中，适当考虑增加一条平行于1号线的线路，或增加1号线的换乘车站，特别是客流量大的车站，以减小1号线的承载压力。

另外还可以采取诸如大站空车、大小交路等措施来适当平衡行车需求。

（三）受电弓抬升力
列车受电弓设有一定的向上抬升力，以保证受电弓与接触线紧密接触，达到良好取流的效果。

抬升力设置必须恰到好处，若过低，会导致其与接触线接触时断时续，造成取流不畅，拉弧打火，既损伤接触线，也损伤受电弓，加大电气磨耗；若过高，则受电弓与接触线之间会形成较大的相互挤压，摩擦力变大，相互损伤，继而导致接触线机械磨损严重。

所以受电弓抬升力过高过低均会加剧接触线的磨耗，设置时必须严格按照规范要求或实际总结经验进行。

（四）轨道平面变化
众所周知，接触线导高、拉出值等参数均是根据轨道位置、平面为基准设定的。

如果轨道平面变化，势必导致接触线相关参数变化，
从而影响受电弓与接触线的接触情况，导致磨耗加剧。

轨道平面变化的原因有：由于地壳运动或地质结构等因素导致隧道地基沉降，从而引发轨道平面下降；隧道内温度变化导致轨枕、轨道变形凸起、凹陷或移位，继而导致轨道平面变化；维保过程中，更换调整轨道等均会引起轨道平面不同程度的变化。

因此，在地铁建设过程中必选严格进行现场水文地质勘察，确保其满足地铁建设需求；其次，在基础、隧道开挖过程中，需做好地基夯实工作；最后，建成运营后，需做好轨道维保工作，定期检测轨道平面变化情况，及时做出调整，同时将具体改变情况告知接触网专业，做出相应的参数调整，确保其处于规定的参数范围内。

（五）隧道渗漏水
为了更有效的利用地下隧道净空，而采用架空刚性接触网。

架空刚性接触网一般要求隧道开挖较深，跨越河流、湖泊现象常见。

若隧道结构封堵不严，将造成水流渗漏，滴落到架空刚性汇流排上，顺流而下至接触线。

此类水质多为矿物质水，含细碎游离体金属、沙石较多，一则流入汇流排线槽，挤压接触线，造成接触线不同程度的脱槽，继而造成偏磨现象产生；二则，游离体金属、沙石附着在接触线上，不仅腐蚀接触线和汇流排，而且增大了弓网之间的摩擦力，损伤受电弓和接触线。

此外，为了隧道通风或检修需求而开设的风井也是水流来源之一，因此，必须严格做好土建封堵措施和雨水防护引流措施。

（六）其他原因
除了上述原因外，接触网维保检修、接触线材质、受电弓碳滑板材质、隧道内空气潮湿情况、隧道内气流、活塞风和游离杂质灰尘等也会不同程度的加剧接触线的磨损。

因此，我们必须严格检调，利用弓网检测车全线检测，关注参数趋势，找出异常点位，及时复核处理；严格选材，遇有受电弓碳滑板受损等情况时及时更换；合理控制隧道内通风情况，以确保弓网外部状态良好。

此外，为了延长接触线的寿命，在此，从另一个角度建议使用扁平接触线。

三、扁平接触线简介
众所周知，目前全国地铁所采用的大部分为带沟槽圆底接触线（如图1），此类接触线前期与受电弓接触面较小，磨耗较快。

大部分城市的地铁均面临此问题，都在积极寻求优化的解决方法。

目前，北京和广州已开始使用带沟槽扁平接触线（如图2）。

图1 CTAH150圆底接触线图2 CTAH150扁平接触线
扁平接触线相较圆底接触线而言，从投入使用之初底部即是扁平形状，加大了弓网接触面，有效减缓磨耗速度。

具体磨耗情况可见表4，国家产品质量监督检验中心质量检测报告。

由表4得知，同等条件下，扁平接触线耐磨特性是圆底接触线的五倍。

因此，在此建议采用扁平接触线代替圆底接触线，以此来改良接触线磨耗过快问题。

但需注意，圆底改扁平时，沟槽要与汇流排夹持的尺寸、形状等相符。

另外由于扁平接触线较圆底接触线重，因此，改换后，相应的导高、拉出值等参数应进行相应的检调，达到标准范围。

四、结论
架空刚性接触网接触线磨耗是一个较为复杂
的综合问题，形成原因较多。

本文以线路实际数据为支撑，从客流量、弓网取流、线材、隧道及设备结构等几个方面简要论述了接触线磨损过快的原因，并对此提出了一些改进方法，希望能带给大家一点参考价值。

由于本人水平有限，文中不当之处还请各位同仁斧正。

参考文献
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