受电弓碳滑板磨耗分析

受电弓碳滑板磨耗分析
南京地铁运营分公司供电中心周国家
摘要：针对南京地铁一号线列车受电弓碳刷条在运行一段时间后，碳刷条磨耗出现坑槽和表面不平滑，磨耗布局不合理，导致接触网打火、拉弧现象，有可能会给运营造成安全事故，影响到正常的运营。

本文从分析造成受电弓碳刷条磨耗出现坑槽和表面不平滑，磨耗布局不合理现象角度出发，分析研究与碳刷条磨耗密切相关接触网的状态，而接触网拉出值是接触网状态的关键技术参数，就如何优化调整接触网拉出值，改善碳刷条的表面磨耗布局的合理性，减少接触网打火、拉弧现象的产生。

为此，利用网检技术动态检测接触网的拉出值所提供的数据，分析研究接触网拉出值的分布情况，对接触网拉出值进行适当调整进行分析，解决受电弓碳刷条磨耗分布合理性，提出了现场施工中改进措施方案。

关键词：拉出值、碳刷条、打火、动态检测、改进
0 引言
南京地铁一号线运营几年来，经常发生接触网打火、拉弧现象。

据统计每年车站上报给控制中心接触网打火次数不少于20起，不含区间内打火和人员没有看到的，是多区段发生此类情况，对运营造成一定的影响，南京地铁一号线历年接触网打火故障统计，见表一。

表一南京地铁一号线历年接触网打火故障统计
1.接触网打火分类
对于接触网打火，专业人员对此进行了归纳和分类，按照现象分为正常打火和非正常打火。

正常打火：列车受电弓通过接触网锚段关节、分段绝缘器、线岔、汇流排接头处、刚柔过渡处（包括折返线、存车线、出入段）等，以及接触网上有覆冰、覆霜
时、发生的轻微的拉弧或打火，属于正常打火。

打火对碳刷条影响见图一。

图一打火对碳刷条影响
对于此类上报故障，人员在现场确认属于正常打火，不影响正常运行，不需要立即处理，等到运营结束后再安排处理。

非正常打火：可以分为一般异常打火和严重异常打火。

1)一般异常打火：在正常打火区间以外的场所发生轻微的打火现象，为一
般异常打火。

特征是：不发生连续拉弧、不产生大的火花。

处理：发生一般打火的区段，在列车停运后对该段接触网进行调整。

2)严重异常打火：列车受电弓通过在不同地点发生连续拉弧或产生较大火
花为严重异常打火。

处理：在同一地点，发生严重异常打火连续3次的该段接触网必须停运，
故障抢修。

对于车辆下线建议是车辆在不同地点、不同区段发生严重异常打火两次以上的，必须下线进行检查，接触网检修人员要对此车进行跟踪，确认受电弓状态。

2.接触网打火产生的原因
接触网打火的主要原因与接触网状态、轨道以及列车受电弓的技术参数有关，在保证接触网状态、轨道状态正常的情况下，列车受电弓的技术参数的好坏，是影响接触网打火关键。

那么列车受电弓的状态主要包括受电弓碳刷条、受电弓的抬升力以及动态稳定性。

1.1受电弓技术参数
1.2受电弓的升弓保持力存在问题
在受电弓升起后刚性接触网的抬升值非常小，而柔性接触网的抬升值相对较大，这样就会造成与柔性接触网接触的碳刷条表面压强小于与刚性接触网接触的碳刷条表面压强。

因此我们最初怀疑造成一号线受电弓碳刷条的异常磨耗主要为物理磨耗，为验证这一分析将列车的受电弓升弓保持力调整为100 N( 正常为( 120±10) N) ，并进行运行跟踪，试验结果证明将受电弓升弓保持力降低后的碳刷条平均每万km 磨耗率还高于调整之前的磨耗率。

因此确定列车受电弓碳刷条异常磨耗的原因并不是由于刚性接触的抬升值小造成的物理磨耗。

在对受电弓检查过程中发现，列车受电弓的升弓保持力在升弓高度改变时变化较大。

比如，在车库接触网高度的升弓保持力调整到120 N，而当受电弓升弓高度降低到隧道内接触网高度4040 mm 时，升弓保持力降低为100 N 左右。

当受电弓升弓保持力降低时，碳刷条与接触网将无法完好配合，有可能在运行过程中出现碳刷条与接触网脱离从而造成拉弧的问题，当出现此情况时，碳刷条和接触网都将产生电磨耗。

而且从供电部门了解到现在一号线接触线的磨耗也比较严重，有部分区段的接触线已接近极限。

1.3受电弓碳刷条异常磨耗分布方面原因
通过对接触网打火故障统计来看，受电弓碳刷条磨耗的分布是主要原因，特别是受电弓碳刷条磨耗出现坑槽和表面不平滑，没有将状态不良的受电弓碳刷条及时做适当处理，从消除受电弓碳刷条磨耗坑槽和表面不平滑，是减少接触网打火主要方法。

磨耗分布图见图二。

图二 磨耗分布图
3. 接触网打火造成的危害
接触网打火不仅对接触网接触悬挂设备会造成一定危害，而且会影响到碳刷条的使用寿命，缩短碳刷条更换周期，如果严重的话，损坏到受电弓碳刷条还会对运营有一定的影响。

不管是正常打火，还是非正常打火，即使没有给运营直接造成重大的安全事故隐患，但也会给正常运营造成了一定的负面影响。

所以，为解决接触网打火、拉弧现象一直困扰着我们接触网专业技术人员。

打火对碳刷条的危害见图三。

图三 打火对碳刷条的危害
4. 列车受电弓碳刷条磨耗分布情况分析
接触网专业技术人员对列车受电弓碳刷条磨耗进行跟踪，发现南京地铁一号线列车受电弓碳刷条的磨耗主要集中在距受电弓中心线±220mm 范围内，受电弓碳刷条在440mm 范围内，不均匀磨耗比较明显，磨耗分布不合理。

运营中列车经过长时间的运行，在受电弓中心线±220mm 位置碳刷条出现阶梯性变化，而碳刷条磨耗约达10mm 时，车辆部检修中心维护人员才对受电弓碳刷条进行更换，而当坑槽大于5mm 以上时，对于列车来讲，在列车运行过程中通过线岔、锚段关节和分段绝缘器时就会发生打火、拉弧现象，严重情况下会造成受电弓断裂现象，对接触网设备和受电弓就有可能造成损伤，发生弓网事故。

针对轨道和列车受电弓的参数调整需要其他部门来解决，而接触网的参数，特别是对接触网线路拉出值分布情况的调整，对于受电弓碳刷条的磨耗布局是否合理性问题，是解决接触网打火关键所在。

5. 对全线接触网拉出值布局进行分析
磨耗范围长度约
440mm
接触网导线对线路呈“之”形布置，是为了确保受电弓碳刷条在规定的范围内磨耗均匀，提高碳刷条使用寿命。

解决受电弓碳刷条磨耗是否合理，首先把南京地铁一号线的接触网线路情况介绍一下，南京地铁一号线正线全长21.72KM，全线敷设的接触网分为柔性接触网和刚性接触网。

地面和高架区段正线约为7KM（不含车辆段）约占全线长度的30%为柔性悬挂接触网；地下段正线14.72KM，约占全长的70%左右为刚性悬挂接触网。

车辆段的电化区段为柔性悬挂接触网。

柔性区段接触网直线区段定位点处的拉出值为±200mm，曲线区段定位点处的拉出值为250mm，而刚性悬挂接触网的定位点最大值为200mm。

正线柔性部分采用双承双导，刚性为单接触线。

从安全的角度从发，在设计图纸中定位点处最大拉出值是有规定数值，比较理想化，但施工中却难以完全做到。

同时，随着温度的变化，接触网导高拉出值参数也会发生变化，整个线路的接触网，参数变化对受电弓磨耗分布就会产生影响，磨耗布局不合理性对接触网打火、拉弧的影响。

6.调整接触网拉出值必要性
对接触网拉出值分布情况目前停留在探索阶段，没有进行过系统的分析处理，主要考虑到利用人员对全线拉出值测量工作量以及测量的误差大，给数据的分析、调整提供的数据带来不可靠，而接触网专业配备的人员也非常紧张，网检技术不太成熟，以及需要一定的经费等原因，所以一直没有根据受电弓磨耗情况对拉出值进行过大范围的调整，在检修时只是对局部定位点拉出值进行过调整，而没有考虑到受电弓碳刷条的磨耗是否均匀问题。

在确保接触网安全的情况下，结合全线接触网对受电弓碳刷条磨耗情况，利用网轨车对接触网状态进行动态检测，确保数据的可靠性，利用检测的数据进行分析，为确保安全、优化方案。

利用改变刚性接触网直线区段拉出值，使得受电弓碳刷条磨损不会在受电弓中心线±220mm出现阶梯性变化，使得受电弓碳刷条能够平滑过渡，消除和减轻列车受电弓运行中通过线岔、锚段关节和分段绝缘器时就会发生打火、拉弧现象，更加有利于消除了受电弓碳刷条断裂现象，损伤到接触网设备，发生重大安全事故。

因此重视拉出值的调整，对新建或既有线存在类似问题提供解决思路，从而能够提高
碳刷条的安全性、可靠性及使用寿命。

7.调整接触网拉出值思路
通过网检车动态检测南京地铁一号线正线上下行接触网动态拉出值，列车由于网检车的受电弓采用与一号线列车相同型号，检测时模拟列车的速度，动态数据能够反映出现场实际情况，网检车检测接触网参数如图四所示。

图四网检车检测接触网参数
通过检测的数据，进行汇总，利用拉出值柱形分布图，对整个一号线正线拉出值进行分析，将拉出值出现较高的点，适当做调整，使得拉出值布局合理，如图所示。

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图五接触网“之”字排列分布y柱状图
根据需要调整的拉出值调整接触网拉出值，确保受电弓碳刷条磨耗布局合理，能够使受电弓碳刷条磨耗合理化，减少打火现象的产生，图六所示为调整拉出值前后碳刷条磨耗对比图
图六调整拉出值前后碳刷条磨耗对比
8.结论
综合以上的分析和试验结果，为保证受电弓碳刷条与接触网两者之间的良好配合，需从保证正线接触网拉出值布置的均匀性布局方面着手，改善拉出值值布局情况，从而可以改善受电弓碳刷条磨耗的合理性，减少接触网打火、拉弧现象的产生。

参考文献:
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