浅析城市轨道交通弓网关系

浅析城市轨道交通弓网关系

摘要：接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，

是现今时代城市轨道供电系统的主要组成部分之一。电客车通过车顶处受电弓向

接触网持续取流，从而获得动力。由接触网、受电弓所组成的弓网系统，是城市

轨道交通的重要组成部分，弓网关系将直接影响电客车的正常运作。

本文从弓网系统的内、外部出发，对可能影响弓网关系的因素进行分析，并

对优化轨道交通接触网的弓网关系给出合理的建议。

关键词：轨道交通；弓网关系；建议；分析

一、弓网关系异常的主要表现形式

由于受电弓是跟随着电客车快速运行，同时受电弓必须一直保持着与接触网

紧贴状态，因此受电弓与接触网在电客车运行时，必然会有滑动摩擦。摩擦的状

态将极大程度反映出电客车运行过程中的弓网关系。异常的弓网关系将直观地表

现为：受电弓的碳滑板和接触网的接触线出现严重磨耗；受电弓和接触网出现拉

弧打火现象。概括而言，即机械磨耗和电气腐蚀。

１.1 弓网关系的机械磨耗

1.1.1 受电弓的碳滑板磨耗

受电弓与接触网紧贴滑行，其接触的部位分别为受电弓的碳滑板和接触线，

两者的材质分别为碳、铜银合金。受电弓碳滑板的机械强度明显低于接触线，必

然的，受电弓碳滑板的磨耗程度会大于接触线。

为保证受电弓碳滑板表面能够均匀地磨耗，接触网的设计中，有一项重要的

设计参数：拉出值。其设计的原由：为了保证受电弓和接触线可靠接触、不脱线

和保证受电弓磨耗均匀，要求接触线在线路上按技术要求固定位置，即在定位点处，保证接触线与电力机车受电弓滑板中心有一定偏移量。

但是在受电弓碳滑板磨耗过程中，并不能够保证其碳滑板能够完全均匀地磨耗，经收集国内各大城市轨道公司的受电弓碳滑板磨耗情况得知，受电弓碳滑板

常见的异常磨耗表现形式有“锯齿刀型”磨耗以及“缺块型”磨耗。“锯齿刀型”是指

磨耗不均匀地分布在受电弓滑板上，且具有随机性，导致滑板表面凹凸不平，形

状有如锯齿刀。“缺块型”磨耗是指在受电弓的垂直方向的弓网作用力下，受电弓

滑板直接承受机械冲击，导致受电弓滑板上由于磨损严重出现裂纹甚至脱落。

1.1.2 接触线磨耗

接触线材质为铜银合金，但长期的磨耗，必然会导致机械疲劳及一定的磨耗。接触线的磨耗位置，多集中在电客车出入站位置、刚柔过渡、汇流排中间接头、

分段绝缘器、膨胀元件、锚段关节、列车上坡处、线路弯位等位置。

１.2 弓网关系的电气腐蚀

与机械磨耗相对，电气腐蚀对受电弓碳滑板和接触线的损伤现象由其明显。

电气腐蚀主要的表现形式为受电弓碳滑板和接触线的接触面出现燃弧、打火现象，另外，长期的电客车取流，接触线发生金属氧化现象。

电气腐蚀的程度所造成的后果也有所不同。一般的电气腐蚀，由于受电弓碳

滑板和接触线的接触面出现燃弧、打火现象，产生高湿，接触网部分设备及受电

弓碳滑板会出现麻点（或其他烧伤的痕迹），降低了设备的机械强度。同时，由

于接触面（包括受电弓碳滑板表面和接触线表面）出现麻点（或其他烧伤的痕迹）。而更严重的电气腐蚀，即：由于严重的燃弧、打火现象，可导致接触网或

受电弓的绝缘部件被击穿，均会引起供电系统短路跳闸的现象。

１.3 机械磨耗与电气腐蚀的关系

从电气腐蚀的表现，我们会发现，电气腐蚀在一定程度上会加重了机械磨耗

的程度，而机械磨耗的加强，又在一定程度上加大了电气腐蚀的发生概率。虽然

电气腐蚀和机械磨耗是两种不同形式的弓网关系异常而导致的结果，却是互相促

进恶化的因素。因此，在对两者进行分析以及提出相关建议时，应将两者共通性

结合，进行合理的分析。

二、弓网关系异常的原因分析

本次分析，以受电弓和接触网作为两个分析对象，并分别把另一个分析对象

视为完美的定量，开展分析。此处完美的定量指：定量始终保持完整、无磨耗、

无故障出现。两者独立分析后，再融合到一个正常的整体进行分析。

2.1 受电弓

良好的弓网关系，其中一个前提条件是保证受电弓在电客车快速运行的过程中，能够良好地与接触网保持紧贴的状态，而受电弓的抬升力则是此状态的保证。国内城市轨道交通行业的受电弓抬升力一般设定在90-120N的范围内，并允许一

定的波动范围。然而在快速的运动中，抬升力并不能保证维持绝对的稳定状态。

因此受电弓碳滑板所受到的滑动摩擦力绝非一个衡定的数值。这导致受电弓碳滑

板的磨耗不可能完全的均匀。

由于碳滑板的不均匀磨耗，会导致在运动接触时，碳滑板与接触线进行非切

面滑行，严重时可能出现同时多点接触，则可能引起受电弓与接触网瞬间脱离的

现象，此情况极容易产生燃弧。另外，同类似的情况，电客车在快速运行中，车

体必然会发生一定程度的晃动，同样可能引起受电弓与接触网瞬间脱离的现象。

此类情况在电客车启动加速及过弯道位置时由其明显。

2.2 接触网

目前国内接触网分为刚性接触网、柔性接触网和第三轨。在接触网磨耗这一

层面上看，刚性接触网由其明显。刚性接触网中所设计有的锚段关节、膨胀元件等，是受电弓平稳过渡的关键节点。若此类设备的相关维护参数没有达到标准，

受电弓滑行中，将会发生碰撞，导致受电弓与接触网瞬间脱离，容易产生燃弧，

严重时更会引发短路事故。而接触线容易被燃弧烧伤，加剧接触线和受电弓燃弧

烧损及温升熔焊方面的磨耗，因弓网磨耗速度会加快，且易出现接触线工作面的

凹凸不平的现象，进面逐步恶化设备状态。

2.3 运营维护难度

由于城市轨道交通行业，由于服务时长的关系，设备在一天中，长时间处于

投入运营的状态，大部分的设备维修维护工作都需要在运营结束后进行，在极其

有限的时间里，以人工测量检查的方式去发现接触网异常点、处理所有车辆的受

电弓问题，从运营成本及工作量的角度而言，是不可能做到的。因此弓网关系容

易出现“恶性循环”的状况。

三、合理化建议

根据上文所述中的弓网关系异的表现及原因分析，从下面几个方面提出合理

化建议，优化弓网关系。

3.1 弓网材质

弓网关系情况的直观表现之一，即受电弓碳滑板和接触网接触线的磨耗情况。在弓网相互摩擦过程中，弓网材质组合直接影响了弓网的电接触特性、机械摩擦

性以及受电弓的跟随性。因此合理的材质配对选型有助于减缓弓网异常磨耗。由

于接触线是沿着线路架设，更换工作非常繁琐及艰巨，所以一般先选好接触线材