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        地鐵弓網(wǎng)異常磨耗分析

        2019-09-10 13:41:24陳振
        關(guān)鍵詞:匯流排弓網(wǎng)定位點

        陳振

        【摘 要】針對地鐵接觸線和受電弓碳滑板異常磨耗情況進行分析,對磨耗產(chǎn)生的成因,影響磨耗的因素進行分析,提出了磨耗控制的優(yōu)化措施。

        【關(guān)鍵詞】地鐵;接觸網(wǎng);受電弓;磨耗

        一、引言

        天津地鐵6號線全線全長42.5km,地上段和車輛段采用柔性接觸網(wǎng)供電方式,地下段采用剛性接觸網(wǎng)供電方式。自2016年8月開通以來,弓網(wǎng)關(guān)系配合較為良好,受電弓碳滑板平均磨耗率在1.5mm/萬公里左右。2017年12月檢修時發(fā)現(xiàn)碳滑板平均磨耗率激增至5.1mm/公里,個別碳滑板磨耗率達到10mm/萬公里左右。但在2018年1月碳滑板磨耗率又下降至3mm/萬公里,并在2、3月份回歸正常。接觸網(wǎng)受電弓是關(guān)系地鐵運營安全的關(guān)鍵部件,本研究將對其磨耗原因進行分析,并提出相應(yīng)的解決對策,為今后再次出現(xiàn)磨耗率上升提供參考。

        二、弓網(wǎng)磨耗產(chǎn)生的原因

        無論是剛性接觸網(wǎng)還是柔性接觸網(wǎng),弓網(wǎng)系統(tǒng)的磨耗主要有機械磨耗、電氣磨耗和化學(xué)磨耗。其中,化學(xué)磨耗又稱腐蝕磨耗,即在腐蝕環(huán)境下溶解、生銹,而又在滑動中加速了磨耗。電氣磨耗是指電離子轉(zhuǎn)移和電弧熔融噴濺,前者是金屬離子沿電流方向移動,而成為引起“均質(zhì)粘結(jié)”類粘結(jié)磨耗的加速因素。機械磨耗通常又分為粘結(jié)磨耗、硬粒磨耗和疲勞磨耗。受電弓與接觸網(wǎng)動態(tài)運行的過程中,通過滑動接觸取流,因此會出現(xiàn)由于弓網(wǎng)系統(tǒng)燃弧時的電弧熱和電流流過接觸電阻的發(fā)熱以及摩擦生熱而帶來的機械磨耗(尤其是粘結(jié)磨耗)、電弧熔損、噴濺等在內(nèi)的各種損耗。另外,溫度升高帶來的接觸線的氧化以及材料硬度的變化也在一定程度上會加劇磨耗。引起弓網(wǎng)磨耗異常的因素較多,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

        1.受電弓因素

        地鐵架空接觸網(wǎng)采用的電壓等級為DC 1500V,多采用銀銅合金接觸線配浸金屬碳滑板。對于浸金屬碳滑板,按TB/T 1842.2—2002《電力機車受電弓滑板浸金屬碳滑板》中表3的規(guī)定,磨耗后滑板高度為12 mm 時,其使用壽命應(yīng)大于7.5 萬公里。碳滑板的電阻率、洛氏硬度、體積密度、抗壓強度、抗折強度等參數(shù)應(yīng)滿足標準要求。碳滑板出現(xiàn)異常情況應(yīng)及時打磨或者更換。受電弓靜抬升力的變化也會造成磨耗異常,按照EN50119的要求,受電弓靜態(tài)抬升力一般為120±10N。

        2.軌道因素

        接觸網(wǎng)的導(dǎo)高、拉出值參數(shù)均基礎(chǔ)軌道平面調(diào)整,如軌道參數(shù)調(diào)整勢必會引起接觸網(wǎng)參數(shù)變化。接觸網(wǎng)專業(yè)應(yīng)與工務(wù)專業(yè)建立有效溝通機制,在軌道調(diào)整或者換軌后應(yīng)及時調(diào)整接觸網(wǎng)參數(shù)。此外,剛性接觸網(wǎng)沒有彈性,受電弓抬升產(chǎn)生的力無法得到緩解,全部施加在接觸線上,因此弓網(wǎng)之間沖擊力遠大于柔性接觸網(wǎng)。在實際運行過程中,在彈性道床區(qū)段受電弓振動較為劇烈。弓網(wǎng)壓力變化較大,受電弓對接觸線的沖擊力,易使接觸線出現(xiàn)硬點,硬點的出現(xiàn)又進一步加劇了受電弓通過該處時的振動,形成惡性循環(huán)。與此同時,受電弓振動會導(dǎo)致弓網(wǎng)離線,形成燃弧。在機械和電氣雙重作用下,會加劇了接觸線磨耗的擴大。在必要時可試用匯流排彈性線夾,增加剛性接觸網(wǎng)的彈性,吸收受電弓對接觸線的沖擊力。

        3.環(huán)境因素

        夏季時,地下隧道與外部環(huán)境溫差較大??諝庵械拇罅克魵庠诹熊嚮钊L(fēng)的作用下進入隧道后遇到匯流排,在其表面形成水珠。接觸線表面附著水珠一方面會影響受電弓取流,另一方面會加速接觸線和匯流排的銹蝕。因此要優(yōu)化隧道環(huán)境,排出隧道中的積水,必要時可采用加強隧道排風(fēng)的方式降低區(qū)間空氣濕度。

        4.新舊線路混跑因素

        弓網(wǎng)之間在新線運行時存在磨合期,如存在新舊線路混跑也會加劇弓網(wǎng)磨耗。

        5.車載信號控車方式因素

        信號控車方式變化,電客車受電弓取流變化和突增,造成弓網(wǎng)電氣磨耗增大。電客車出站時需要大電流,大電流時碳滑板會加劇電氣磨耗,目前信號系統(tǒng)動車方式為:P50牽引3秒,隨后1秒內(nèi)增加級位至P100,牽引至約50km/h,惰行2秒,P100加速至目標速度(AW0時,最大牽引電流為2662A)。如條件允許應(yīng)盡量優(yōu)化ATO設(shè)計,降低啟動電流能有效較少加速度的接觸線磨耗。

        6.接觸網(wǎng)因素

        接觸網(wǎng)應(yīng)著重優(yōu)化導(dǎo)高、拉出值,重點排查分段絕緣器、錨段關(guān)節(jié)、匯流排中間接頭、接接觸網(wǎng)應(yīng)著重優(yōu)化導(dǎo)高、拉出值,重點排查分段絕緣器、錨段關(guān)節(jié)、匯流排中間接頭、接觸線硬點等情況,保持接觸網(wǎng)良好的運行狀態(tài)。

        三、接觸網(wǎng)磨耗的分析與措施

        1.接觸線磨耗

        排查接觸網(wǎng)未見明顯異常磨耗發(fā)生,重點對民權(quán)門至新開河約2km區(qū)段的上下行磨耗位置(①懸掛點②錨段關(guān)節(jié)③線岔④中錨⑤跨中⑥中間接頭期⑦其他)、其他信息(①啟動段②上坡③下坡④曲線段⑤分段絕緣器⑥鋼柔過度)、導(dǎo)高值、拉出值、磨耗分別進行統(tǒng)計分析,測得有效數(shù)據(jù)2237組。上行平均磨耗量3.3mm,磨耗率18.64%,下行平均磨耗量3.7mm,磨耗率21.92%。

        2.拉出值分布

        根據(jù)設(shè)計圖紙,6號線接觸網(wǎng)拉出值按照“之”字形分布,起始分布點為絕緣錨段關(guān)節(jié)處,拉出值范圍為+250mm~-250mm,符合規(guī)范要求。根據(jù)動態(tài)檢測和靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)分析,拉出值基本呈“之”字形分布。但也可以發(fā)現(xiàn)部分點位拉出值曲線出現(xiàn)折角,說明拉出值分布并非完美的“之”字形。結(jié)合碳滑板磨耗集中在距離中心線左右各100mm的情況,應(yīng)進一步進行優(yōu)化,特別是列車加速段的拉出值應(yīng)均勻分布,避免集中在±100范圍內(nèi)。一方面要統(tǒng)計全線定位點拉出值,記錄磨耗“重災(zāi)”區(qū)域的定位點拉出值進行重點標記;第二方面是統(tǒng)計受電弓滑板的偏磨位置,對兩者進行比較分析。從理論角度而言,受電弓滑板的偏磨位置應(yīng)該是磨耗頻率最頻繁(即全線拉出值出現(xiàn)概率最高)以及容易引發(fā)嚴重磨耗的特殊區(qū)段(如列車出入站位置)拉出值對應(yīng)的滑板位置?!皟?yōu)化”的目標是盡量使受電弓磨耗均勻地分散在受電弓滑板上。

        3.導(dǎo)高

        剛性接觸網(wǎng)標準導(dǎo)高為4050mm,允許誤差為±5mm。根據(jù)剛性接觸網(wǎng)定位點分布特點,每隔8-10米設(shè)置一處定位點。大部分處于4050±5mm以內(nèi),部分超限導(dǎo)高,數(shù)值偏差較小,偏低為跨中正常自然下垂,偏高為跨中非正常負馳度。綜合靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測數(shù)據(jù)分析,接觸網(wǎng)導(dǎo)高基本符合要求,定位點導(dǎo)高調(diào)整較為合理,跨中導(dǎo)高偏差較大,應(yīng)盡量優(yōu)化,尤其要避免因匯流排線夾卡死導(dǎo)致的非正常偏差。值得注意的是,2017年8-10月,我們對全線定位點導(dǎo)高進行了大范圍的調(diào)整。將原有的導(dǎo)高4050±5mm,調(diào)整為4050±2mm,調(diào)整點位約占總體定位點數(shù)量的60%。

        4.接觸網(wǎng)關(guān)鍵部件

        接觸網(wǎng)關(guān)鍵部件包括:分段絕緣器、錨段關(guān)節(jié)、線岔、剛?cè)徇^渡、匯流排中間接頭。應(yīng)保證其參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。

        5.導(dǎo)電膏的影響

        在排查中,我們還發(fā)現(xiàn)在接觸線放線時,施工單位使用了過量的導(dǎo)電膏附著在接觸線表面。隨著時間的影響,導(dǎo)電膏表面附著大量的灰塵、鐵粉并硬化。硬化的導(dǎo)電膏導(dǎo)致碳滑板和接觸線之間接觸電阻增大,引發(fā)燃弧現(xiàn)象,進一步加劇了弓網(wǎng)磨耗。

        四、結(jié)論

        通過此次弓網(wǎng)異常磨耗的排查分析,我們認為接觸網(wǎng)定位點大范圍導(dǎo)高參數(shù)的調(diào)整是造成磨耗異常的根本原因。但拉出值的分布不完善,導(dǎo)致了碳滑板磨耗較為集中,優(yōu)化后可延長碳滑板的使用壽命。接觸線表面附著導(dǎo)電膏也在一定程度上加劇了磨耗速度。

        參考文獻:

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        (作者單位:天津軌道交通運營集團有限公司)

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