余香山，孔金文，何 斐，裘 成，姜冬梅

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，弓網(wǎng)視頻監(jiān)控、弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)等技術(shù)手段不斷推廣應(yīng)用，牽引供電系統(tǒng)中越來越多的問題被暴露出來，其中以接觸網(wǎng)打火問題最為嚴重，且呈逐年上升趨勢。接觸網(wǎng)打火降低了弓網(wǎng)設(shè)備的使用壽命，對弓網(wǎng)檢測設(shè)備造成了非常大的干擾。近年來行業(yè)內(nèi)研究多為針對弓網(wǎng)理論和高速鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)的分析[1～6]，對城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)、低速、大電流牽引系統(tǒng)的研究較少。本文突破本專業(yè)思維限制，對車輛ERME事件記錄進行分析，通過客觀數(shù)據(jù)分析接觸網(wǎng)打火問題的根本原因，并上線進行測試論證，同時結(jié)合運營指標提出相應(yīng)對策。

1 行業(yè)內(nèi)分析情況

針對接觸網(wǎng)打火問題，一般從以下幾方面進行分析：

（1）接觸網(wǎng)、鋼軌平順性不良以及接觸線施工過程中出現(xiàn)硬點，導(dǎo)致弓網(wǎng)跟隨性差，離線率較高，甚至出現(xiàn)打弓等情況。通過調(diào)整軌道水平、接觸線高差，使其控制在細微誤差范圍內(nèi)，并通過檢查確保接觸線上幾乎無硬點，且將鋼軌打磨光滑，發(fā)現(xiàn)打火問題未得到明顯改善。

（2）剛性接觸網(wǎng)自身彈性不良，與柔性接觸網(wǎng)可通過吊弦、定位器以及補償裝置的上下伸縮相比存在明顯的劣勢，導(dǎo)致弓網(wǎng)之間機械磨損較為嚴重，長期惡化后出現(xiàn)打火。通過改良絕緣懸掛組件，增加彈性線夾，使剛性接觸網(wǎng)彈性更佳，理論上可實現(xiàn)更好的弓網(wǎng)關(guān)系，然而實際使用過程中發(fā)現(xiàn)效果不佳。

（3）弓網(wǎng)接觸壓力設(shè)置不合理，根據(jù)TB/T 3271-2011《軌道交通 受流系統(tǒng) 受電弓與接觸網(wǎng)相互作用準則》相關(guān)規(guī)定，對于1.5 kV 直流系統(tǒng)，列車靜止時靜態(tài)接觸力為70～110 N，然而實際城市軌道交通弓網(wǎng)靜態(tài)接觸力普遍設(shè)置在120 N 左右，導(dǎo)致弓網(wǎng)機械磨損加重，最終影響弓網(wǎng)關(guān)系。通過對靜態(tài)接觸力進行調(diào)整，將壓力值降低進行測試，由于接觸力降低后弓網(wǎng)動態(tài)接觸不夠密貼，離線率增高，使得打火問題更為嚴重。

（4）加速度對于拉弧的產(chǎn)生也有一定影響[10]：a.當列車加速度突然增大時，列車取流增大，出現(xiàn)燃弧的現(xiàn)象增多（即電客車急劇加速時，牽引電流也同時增大）；b.電客車速度越高，急加速頻率越高，時間越長，燃弧次數(shù)越多；c.加速度越大，短時牽引電流上升越快，燃弧的程度也越劇烈。結(jié)合電氣學(xué)理論不難看出，列車瞬間取流時（即加速度大）產(chǎn)生了較大的網(wǎng)流（即短時溫升大），從而易導(dǎo)致拉弧。

本文針對上述第（4）點，對車輛運行中參數(shù)設(shè)置情況進行深入研究分析并開展測試，找到車輛運行中存在的客觀規(guī)律，通過在合理范圍內(nèi)對客觀規(guī)律進行調(diào)整，從而改善接觸網(wǎng)打火情況。

2 客觀數(shù)據(jù)分析

通過分析弓網(wǎng)監(jiān)控視頻可以發(fā)現(xiàn)，打火位置較為固定，主要集中在出站以及區(qū)間加速位置，這些位置處的接觸線由于長期經(jīng)受打火產(chǎn)生的電氣磨損，造成了不可逆的損傷，任何車輛運行經(jīng)過這些位置時均可能出現(xiàn)打火?；诖?，針對這些固定位置與車輛ERME 事件記錄進行匹配，圖1—圖4 幾乎涵蓋了所有ATO 模式下車輛運行時的速度、牽引級位及DCU 中間電流（反映受電弓取流大小）波形變化類型，圖中畫圈處為打火位置。

圖1 客觀數(shù)據(jù)分析1

圖2 客觀數(shù)據(jù)分析2

圖3 客觀數(shù)據(jù)分析3

圖4 客觀數(shù)據(jù)分析4

從圖中可以發(fā)現(xiàn)：

（1）圖1—圖3 中出站階段存在2 段加速：第1 段加速當速度小于50 km/h 時，牽引級位一直維持最大，電流持續(xù)上升，未出現(xiàn)打火情況；第2段加速當速度超過50 km/h 后，牽引級位、電流瞬間升至最大值并維持一小段時間，打火情況出現(xiàn)。

（2）圖1、圖2 中顯示，除出站加速外，區(qū)間運行時也同樣存在瞬間大電流牽引的加速情況，該位置同樣出現(xiàn)打火。

（3）圖4 中未出現(xiàn)第2 段加速，區(qū)間運行時最大牽引升至70%左右，未出現(xiàn)打火。

（4）打火情況出現(xiàn)時，受電弓取流達到峰值。

因此，可以得出結(jié)論：（1）隨著牽引級位、速度的增大，受電弓取流也逐漸增大，造成弓網(wǎng)電氣磨損增大；（2）在既有受損的接觸線上，當速度、牽引級位同時達到一定條件時，容易出現(xiàn)接觸網(wǎng)打火問題。

3 測試論證

為了驗證接觸網(wǎng)打火與牽引級位、速度之間的關(guān)系，在某運營線路上，通過限制ATP 模式下牽引級位的方式進行測試。

從啟動開始維持固定牽引級位至最大速度，將牽引級位由最大值開始逐漸降低進行測試，降低過程中打火情況逐漸發(fā)生細微改善。

當牽引級位降至30%時，經(jīng)過打火位置時速度處于40～55 km/h 之間，電流在1 000 A 以內(nèi)，打火情況較之前有明顯改善，打火持續(xù)時長明顯縮短，火花明顯變小，見圖5、圖6。

圖5 測試數(shù)據(jù)分析1

圖6 測試數(shù)據(jù)分析2

當以30%牽引級位啟動維持30 s，再惰行30 s，將經(jīng)過打火位置時的牽引級位、電流降為零，此時速度處于30～45 km/h 之間，與圖5、圖6 的相同地點進行對比，打火情況基本消失，見圖7、圖8。

圖7 測試數(shù)據(jù)分析3

圖8 測試數(shù)據(jù)分析4

4 整改建議及對策

打火情況演變過程：新線開通初期接觸線均為全新狀態(tài)，之后經(jīng)過長期運行，對于其中部分經(jīng)受大功率牽引、大電流、高速度的接觸線，電氣、機械磨損逐漸增大直至出現(xiàn)異常，長此以往，陷入惡性循環(huán)造成打火。

通過采取限制牽引級位的方式限制經(jīng)過打火位置時的速度與電流，可以從根本上消除除接觸網(wǎng)設(shè)備本身異常外的幾乎所有接觸網(wǎng)打火問題。然而考慮到運營指標，牽引級位無法降低至測試值，因此打火情況無法避免，因此在牽引級位、運營指標兩者之間需找到一個平衡點，在確保運營指標基本不受影響的情況下盡量平緩增大牽引級位并避免出現(xiàn)大電流牽引，進而延長弓網(wǎng)設(shè)備使用壽命。同時考慮到站臺位置接觸網(wǎng)磨耗情況同樣較為嚴重，因此建議車輛在運行過程中的任何時間段內(nèi)牽引級位均不超過70%。

同時，在日常維修作業(yè)過程中，做好接觸網(wǎng)、軌道參數(shù)的調(diào)整工作，保持接觸網(wǎng)、軌道的平順性，可以在一定程度上改善打火情況；當弓網(wǎng)、輪軌磨損較大影響其平順性時，除需做好調(diào)整工作以外，還需做好受電弓滑板、接觸線及車輪、軌道的打磨工作，確保弓網(wǎng)、輪軌間平滑過渡。

正常情況下發(fā)生的打火、拉弧現(xiàn)象輕微且很短暫，對弓網(wǎng)系統(tǒng)的實時運行影響較小[10]，而對于不僅火花大而且持續(xù)時間長的接觸網(wǎng)打火，為非正常情況，這與剛性接觸網(wǎng)自身特性密切相關(guān)，特別是出站加速位置，可以考慮針對出站位置的特殊性對接觸網(wǎng)進行差異化設(shè)計。隨著弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，可以了解到更多關(guān)于弓網(wǎng)之間的動態(tài)特性，再通過新技術(shù)新產(chǎn)品研制對弓網(wǎng)設(shè)備進行改良，尋找進一步改善弓網(wǎng)關(guān)系的方法。

5 結(jié)語

接觸網(wǎng)打火問題一直是城市軌道交通供電系統(tǒng)的難題，本文為解決接觸網(wǎng)打火問題從車輛運行中存在的客觀規(guī)律找到了新的解決思路和方法，并對采用降低牽引級位（加速度）的方式進行了測試，打火問題得到改善，對城市軌道交通供電、信號系統(tǒng)設(shè)計及運營管理具有一定的借鑒意義。