城市轨道交通运营后期弓网异常磨耗整改及预防措施

目前，刚性接触网在城市轨道交通中应用较广，其异常磨耗问题大部分出现在运营初期，即新线刚开通阶段或者有延伸线刚开通阶段，一般与设计、施工等因素有关，其解决方向和思路较明确，但小部分出现在运营后期。文章针对沈阳地铁运营后期弓网异常磨耗发展过程，分析和探讨弓网异常磨耗产生的原因，并提出整改及预防措施。

01 引言

沈阳地铁1号线于2010年开通运营，2号线于2011年开通运营，全部为地下线路，采用接触线受流，正线段全部采用刚性接触网DC1500V受流，设计最高速度80km/h。2018年1月，沈阳地铁1号线碳滑板磨耗急剧增加;2020年12月，沈阳地铁2号线碳滑板磨耗急剧增加。弓网异常磨耗现象通常演变较快，给地铁运营公司反应和处理的时间较短，且容易引起突发事故，甚至导致停运，对地铁运营影响较大。

02 弓网异常磨耗情况

2.1 沈阳地铁1号线

2018年1月24日到2018年3月4日，沈阳地铁1号线弓网异常磨耗发展过程如下：站台报打火花现象，车顶无铜屑;车顶开始出现铜屑，碳滑板表面出现异常沟槽，正线出现弓网异响;碳滑板表面出现磕碰、接触线出现切削;碳滑板沟槽消失，弓网打火严重，碳滑板磨耗加快、表面碳晶层消失，车顶铜屑铜丝增多，接触线出现毛刺;铜屑、毛刺等现象消失，碳滑板逐渐形成碳晶层，接触线表面逐渐恢复光滑。其异常磨耗值变化如图1所示。

(1)2018年1月24日到31日，沈阳地铁1号线碳滑板磨耗急剧增加，2车日平均磨耗量由平稳期的1～1.5mm/万km增高至41.1mm/万km，5车日平均磨耗量由0.6mm/万km增高至10.8mm/万km。

(2)2018年2月1日到12日，磨耗量控制在15～25mm/万km。

(3)2018年2月14日到20日，磨耗量再次急剧增加，2车日平均磨耗量最高达到46.8mm/万km，5车日平均磨耗量最高达到35.3mm/万km。

(4)2018年2月21日之后，2车日平均磨耗量降至1.0mm/万km左右，5车日平均磨耗量降至0.3mm/万km左右并趋于稳定。

2.2 沈阳地铁2号线

2020年12月9日到2021年1月21日，沈阳地铁2号线弓网异常磨耗发展过程如下：碳滑板中心位置出现深V型槽，表面碳晶层消失，正线个别车站出现弓网异响;凹槽消失，碳滑板表面碳晶层消失，碳滑板出现磕碰，接触线表面粗糙;正线拉弧现象明显增多，车顶出现铜屑、铜丝;各种异常现象消失，碳滑板表面逐渐形成碳晶层，接触线表面逐渐光滑。其异常磨耗值变化如图2所示。

(1)2020年12月9日到14日，沈阳地铁2号线碳滑板磨耗急剧增加，2车日平均磨耗量由平稳期的1～2mm/万km增高至139.77mm/万km，5车日平均磨耗量增高至121.54mm/万km。

(2)2020年12月15日到24日，2车、5车日平均磨耗量均下降至1.51mm/万km并趋于稳定。

(3)2021年1月2日到9日，磨耗再次急剧增加，2车日平均磨耗量最高达到26.09mm/万km，5车日平均磨耗量最高达到12.14mm/万km。

(4)2021年1月10日后，磨耗量逐渐趋于稳定。

03 弓网异常磨耗原因分析

沈阳地铁1号、2号线弓网异常磨耗期间接触线动态拉出值测试结果如图3、图4所示，由图可知，接触线动态拉出值主要分布在-200～+200mm，其拉出值和导高等数据基本在合理区间，未发现异常因素。可见，运营后期出现的弓网异常磨耗通常不是由拉出值和导高等因素引起的，而是多种因素的积累和叠加到一定程度后，弓网之间的良好摩擦状态遭到破坏，弓网系统难以自行磨合和修复，使弓网异常状态范围扩大，由单一异常状态演变到复杂的异常状态。弓网关系的影响因素包括基础因素、人为因素和外部因素。

3.1 基础因素

(1)大截面接触线的增加。随着运营年限的增加，线路上接触线磨耗截面宽度(Y 值)大于8mm的大截面导线不断增加，虽然大截面导线与受电弓碳滑板接触面积大更有利于受流，但大截面导线的侧棱较为锋利，可能会切削碳滑板。

(2)新的碳滑板大批量更换或寿命周期末期碳滑板增加。实践证明，新的碳滑板更换后会有1周左右的磨合期，在磨合期内弓网之间会产生大量拉弧打火现象。寿命周期末期的碳滑板表面质量逐渐恶化，平顺度下降，弓网之间的匹配度也会下降。这2种情况对弓网摩擦都会带来一定影响。

3.2 人为因素

由于受电弓和接触线检修是由多人作业，作业人员经验不同，作业条件不同，检修质量方面难免出现差别。在日常检修方面，对弓网运行产生影响的因素主要有受电弓抬升压力、碳滑板表面的平整度、同一受电弓的碳滑板的水平角度，接触线的参数测量、锚段关节、分段绝缘器、汇流排接头等。

3.3 外部环境因素

沈阳地铁1号、2号线的弓网异常磨耗均发生在冬季，而且异常磨耗期间均有温度骤降的情况，因此，推断冬季温度变化是弓网异常磨耗的诱因之一，其影响机理还没得到完全证明，可能是由于冬季温度降温导致接触线角度变化或者出现一些卡滞、硬点等情况。

从现有数据可知，沈阳地铁1号、2号线弓网异常磨耗均为以上各项因素叠加的结果，非单一变量导致。

04 异常磨耗的整改措施

针对弓网异常磨耗问题，尽早发现处置能够有效遏制异常磨耗的进一步扩大和恶化。早期弓网异常的现象主要有弓网打火花、拉弧增多、碳滑板出现凹槽、弓网间出现异响等。当出现弓网异常磨耗现象时，应尽快重新构建接触线和碳滑板之间的良好摩擦关系。

4.1 研判

(1)判断近期受电弓和接触线是否进行改造或接触线Y 值是否超标(大于12.5mm)，对受电弓和接触线进行全面的梳理、排查和精调。

(2)判断弓网异常磨耗形式。一般情况下，电气磨耗和机械磨耗均同时存在，应针对磨耗现象，研判以哪种磨耗形式为主。磨耗形式不同，其整改的侧重也不同。以机械磨耗为主的碳滑板表面比较粗糙，少见拉弧灼伤现象(图5);以电气磨耗为主的碳滑板表面拉弧灼伤现象较为明显(图6)。

(3)从弓网磨耗现象来看，沈阳地铁1号线电气磨耗首先增加，随后机械磨耗快速出现并加剧，后期以机械磨耗为主;沈阳地铁2号线则以机械磨耗为主，电气磨耗为辅。

4.2 以机械磨耗为主的整改措施

以机械磨耗为主的整改措施重点要调整受电弓和接触线之间的硬摩擦状态。

(1)接触线打磨。大截面接触线位置的侧棱与碳滑板之间可能出现“锋刃”现象，互相切削。因此，接触线专业应对导线侧棱进行打磨，将侧棱打磨成圆弧状，避免导线与碳滑板之间出现“锋刃”现象;此外，还应对曲线的线面和大磨耗位置的线面进行打磨，针对波磨区段进行重点打磨，如截面比较大的位置、锚段关节、经常打火花的位置等。尽量在短时间内将接触线打磨1遍，观察3～4天后再进行1遍打磨。

(2)碳滑板打磨。当碳滑板出现偏磨现象时，弓网之间载流面积小容易产生拉弧，且弓网之间摩擦角度不正常，容易导致碳滑板掉块，接触线表面粗糙度增加，磨耗量增大，进而导致弓头卡滞、弓头不水平;当出现掉块现象时，崩边处产生较为锋利的棱角，易对接触线产生切削。因此，同一受电弓前后碳滑板之间的高差要满足标准，从弓网异常磨耗出现起就应进行碳滑板的打磨。

(3)大截面接触线更换。接触线的更换标准为Y 值达到12.5mm左右，但鉴于较大截面接触线的锋刃作用，应选择大截面的接触线进行更换以恢复弓网状态。具体标准应视运营实际情况确定，一般可认为10mm以上的接触线截面为较大数值。

(4)分段绝缘器精调。弓网异常磨耗期间要时刻关注分段绝缘器的状态，发现碳滑板与分段绝缘器之间有撞击的风险时要及时对分段绝缘器进行参数精调，将误差缩小到最小，同时打磨导流板端部倒角，使碳滑板能够更加平滑的过渡。对受温度变化影响较大的柔性分段绝缘器进行技术改造，以消除温度变化时上网电缆对线索伸缩产生的影响。对正线锚段关节、线岔设备进行精调，在原有非工作支抬高2～4mm的基础上，在特殊区段，如原有非工作支始触区仍存在啃线情况，则将非工作支抬高至碳滑板不撞击接触线为宜，最高不超过7mm，避免硬点的产生。

4.3 以电气磨耗为主的整改措施

以电气磨耗为主的整改要尽量调整列车大电流出站的情况，同时也要调整受电弓和接触线之间的硬摩擦状态。

(1)调整列车运行方式。对于以电气磨耗为主的情况，其现象为碳滑板表面拉弧灼伤严重，拉弧位置一般位于列车出站位置或进站位置，而且位置比较集中，容易使接触线受热变软，从而出现掉铜屑、铜丝的现象。这种情况下建议将列车自动驾驶(ATO)模式调整为信号监控下的人工驾驶(ATP)模式，也可考虑在个别区段限速，这样可有效减少拉弧打火现象。

(2)其他整改措施。接触线打磨、碳滑板打磨、分段绝缘器精调等与机械磨耗为主的整改措施基本一致。

以上是针对弓网异常磨耗的不同形式建议采取的不同措施，但在弓网异常磨耗期间现象多变，应及时研判、及时采取一些有针对性的措施。

05 异常磨耗的预防措施

5.1 机制措施

(1)提高修程标准。受电弓和接触线的修程应达到精调标准，减小受电弓和接触线的设备误差，降低弓网摩擦不良的风险。

(2)接触线更换和打磨。大截面接触线在入冬前要进行更换，没有更换条件的大截面接触线应进行定期打磨，特别是出现侧棱“锋刃”现象和线面波磨的区段应重点保质保量地打磨。

(3)碳滑板更换。有计划性地为全线列车更换新碳滑板，尽量避免大批量集中更换，尤其应避免在冬季大批量集中更换。

(4)建立弓网专业联动机制。弓网专业技术人员对于设备的改造要互相知晓、互相配合，对于弓网之间的异常苗头性问题要及时沟通，高度重视，共同探讨、解决弓网之间的问题。

5.2 技防措施

建议在列车上全线安装监视弓网打火花等异常状态的高清摄像头，随时监控弓网之间的异常状态。

5.3 应急物资储备

为保障弓网异常磨耗期间的物资储备，建议有弓网异常磨耗风险的线路，储备1万m以上的接触线、3～4倍于列车在用数量的碳滑板，防止由于物资供货紧张问题导致的停运风险。