城市軌道交通接觸網(wǎng)技術(shù)性能和常見(jiàn)故障分析

何俊偉

（福州地鐵集團(tuán)有限公司，福建福州 350009）

1 城市軌道交通供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的技術(shù)對(duì)比

隨著我國(guó)城市軌道交通技術(shù)的迅速發(fā)展，地鐵的安全穩(wěn)定運(yùn)行已受到廣泛關(guān)注。接觸網(wǎng)是一種特殊形式的供電設(shè)備，它可以把電源系統(tǒng)與列車(chē)電氣系統(tǒng)相連接，為地鐵列車(chē)提供電力。接觸網(wǎng)技術(shù)在線路敷設(shè)和工作環(huán)境等方面受諸多因素的影響，如列車(chē)弓形、運(yùn)行組織形式等。其特殊的受電弓耦合形式，直接決定了其與其他軌道交通設(shè)備有本質(zhì)區(qū)別，不能配置同樣的備用設(shè)備，也決定了接觸網(wǎng)存在的脆弱性和特殊性。地鐵及相關(guān)用電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中如出現(xiàn)故障等不良問(wèn)題，將產(chǎn)生斷電，嚴(yán)重影響列車(chē)組織運(yùn)輸。對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)的接觸網(wǎng)技術(shù)性能及各種故障進(jìn)行深入的研究和分析，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，只有充分發(fā)揮其性能，采取有效措施處理各種故障，才能更好地發(fā)揮其巨大的價(jià)值和應(yīng)用空間。接觸網(wǎng)技術(shù)分為剛性接觸網(wǎng)和柔性接觸網(wǎng)兩類，剛性接觸網(wǎng)有較高的可靠性。

1.1 可靠性對(duì)比

可靠性主要表現(xiàn)在，剛性接觸網(wǎng)懸掛時(shí)不需要重新進(jìn)行張力補(bǔ)償，電流匯流排不會(huì)出現(xiàn)斷裂或斷線等現(xiàn)象，因此很好地避免了柔性接觸網(wǎng)懸掛時(shí)出現(xiàn)的過(guò)熱軟化、材料強(qiáng)度不足、接頭燒毀和燒毀導(dǎo)線等現(xiàn)象，使用非常安全可靠。并且剛性接觸網(wǎng)的安全隱患事故一般涉及的范圍都很小，同時(shí)導(dǎo)線不會(huì)出現(xiàn)斷線等情況，其損耗截面的允許值是柔性接觸網(wǎng)的兩倍，加上主要導(dǎo)線損傷面位于匯流排邊緣位置，所以只要受電弓不與匯流排接觸，就不會(huì)發(fā)生安全事故。

1.2 合理性對(duì)比

硬接觸網(wǎng)在懸掛過(guò)程中沒(méi)有表面張力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在錨固段接頭處不再需要安裝補(bǔ)償裝置，所以可以不考慮其他結(jié)構(gòu)在柔性接觸網(wǎng)中占據(jù)的位置，使其結(jié)構(gòu)更加合理緊湊。此外，由于剛性接觸網(wǎng)絡(luò)采用了過(guò)多的錨段過(guò)渡方式，不需要再消耗過(guò)多的隧道空間，該方法簡(jiǎn)便、快速。

2 剛性接觸網(wǎng)的相關(guān)故障及防范措施

剛性懸掛的基本結(jié)構(gòu)可以分為側(cè)壁懸掛式和垂直懸掛式兩種（圖1）。

圖1 剛性懸掛的基本結(jié)構(gòu)

2.1 懸掛點(diǎn)問(wèn)題

剛性接觸網(wǎng)無(wú)彈性，可直接承受列車(chē)運(yùn)行時(shí)所受的抬升力和沖擊力的沖擊。車(chē)輛行駛密度越大，整個(gè)懸吊點(diǎn)受其影響越小，懸吊點(diǎn)各部件問(wèn)題就越難突出，當(dāng)車(chē)輛行駛密度增加時(shí)，整個(gè)接觸網(wǎng)系統(tǒng)受外界的沖擊能量作用，各懸吊點(diǎn)長(zhǎng)期處于振動(dòng)沖擊狀態(tài)，懸吊點(diǎn)各螺栓螺母易受振動(dòng)作用產(chǎn)生松動(dòng)故障。采用直接夾持匯流排的部件，匯流排底部鑲有接觸線，當(dāng)電力機(jī)車(chē)受電弓影響接觸線受電時(shí)，會(huì)首先產(chǎn)生起升力和運(yùn)行中的沖擊力。方形T 頭螺栓安裝在懸吊點(diǎn)裝置結(jié)構(gòu)的中間部位，整個(gè)懸掛下部的力通過(guò)兩根方形T 頭螺栓傳遞給上部的槽鋼基座，向隧道結(jié)構(gòu)釋放能量。方形T 頭螺栓松動(dòng)后會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)c槽鋼基座分離。針對(duì)各個(gè)部位的螺栓容易松動(dòng)，目前可采取的有效措施是采用較大型號(hào)的螺栓螺母，采用雙螺母緊固，并加上施必牢防松墊。兩塊施必牢墊片一套，中間防松齒紋結(jié)構(gòu)獨(dú)特，受力后不易變形，防松效果更佳。

2.2 絕緣部件問(wèn)題

軌道交通隧道內(nèi)空間相對(duì)封閉，列車(chē)運(yùn)行時(shí)會(huì)在隧道內(nèi)形成活塞風(fēng)，吹起隧道內(nèi)的塵埃，同時(shí)由于受電弓與接觸網(wǎng)摩擦，受電弓碳滑板經(jīng)過(guò)摩擦也會(huì)產(chǎn)生較多的金屬塵埃，這些塵埃附著在絕緣子表面，造成絕緣子的污垢，大量的金屬塵埃附著在絕緣子表面，使絕緣子的絕緣性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成局部放電，燒傷絕緣子。本安裝形式采用隔熱橫撐，安裝簡(jiǎn)單，且節(jié)省空間。而且隔熱裙采用硅橡膠制成，極易受塵土污染，加速硅橡膠材料的老化。需采用安全、合格的絕緣元件產(chǎn)品，加大絕緣元件清洗次數(shù)，縮短清洗周期，特別是對(duì)風(fēng)機(jī)出口污染嚴(yán)重的部位，減少絕緣元件表面金屬粉塵附著，減少絕緣元件放電的隱患。

2.3 其他問(wèn)題

剛性接觸網(wǎng)式懸掛點(diǎn)裝置既要將匯流排和接觸線懸吊起來(lái)，又要保證匯流排在熱脹冷縮時(shí)能自由伸縮，但在使用過(guò)程中常出現(xiàn)匯流排卡滯現(xiàn)象，造成懸掛點(diǎn)處的定位線夾和絕緣子發(fā)生扭曲，嚴(yán)重的還會(huì)使整個(gè)懸掛點(diǎn)發(fā)生扭曲。這一現(xiàn)象主要發(fā)生在曲線區(qū)段和接觸網(wǎng)錨段的末端，其原因一方面是由于設(shè)計(jì)中采用的定位線夾設(shè)計(jì)不合理，錨段末端匯流排伸縮位移變化較大，匯流排縱向伸縮受到定位線夾卡滯，產(chǎn)生地力，使懸吊點(diǎn)發(fā)生傾斜；另一方面匯流排在曲線區(qū)段要保持與軌道面平行，曲線區(qū)段鋼軌有一定的外軌超高，匯流排與水平面有一定角度，在定位線夾內(nèi)除了正常與線夾接觸時(shí)產(chǎn)生摩擦外，由于重力的作用又增加了與匯流排側(cè)面的摩擦，相對(duì)直線段摩擦阻力增大造成匯流排卡滯，進(jìn)而產(chǎn)生掛點(diǎn)歪斜故障。

采取的預(yù)防措施包括：加強(qiáng)對(duì)曲線區(qū)段和錨段端部懸掛點(diǎn)的巡檢力度，發(fā)現(xiàn)有明顯的彎曲、卡滯現(xiàn)象，及時(shí)對(duì)附近懸掛點(diǎn)進(jìn)行維修檢查，設(shè)計(jì)中采用新型技術(shù)，在曲線區(qū)段和錨段端部懸掛點(diǎn)懸掛伸縮量較大的彈性匯流排定位線夾，增加了在線夾上懸掛的活動(dòng)空間，有效解決了懸掛點(diǎn)處的卡滯故障，消除了懸掛點(diǎn)扭曲和槽鋼底座開(kāi)裂等故障隱患。

3 柔性接觸網(wǎng)的相關(guān)故障防范措施

柔性接觸網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 柔性接觸網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

3.1 接觸懸掛問(wèn)題

接觸懸掛的彈性弧度直接關(guān)系到柔性接觸網(wǎng)的性能，接觸式懸掛的彈性問(wèn)題主要表現(xiàn)在懸掛質(zhì)量和提升速度上。當(dāng)鐵路低、中速運(yùn)行時(shí)，由于重力支座和工程吊弦的物理垂直運(yùn)動(dòng)，接觸網(wǎng)受壓而產(chǎn)生彈性變值，會(huì)限制接觸網(wǎng)的懸掛升降，造成供電不正常，影響接觸網(wǎng)的性能。需防范以下3 類問(wèn)題：①施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)接觸線進(jìn)行高強(qiáng)度研究，避免過(guò)多的磨損，使接觸線的外延部位失去彈性，拉力降低；②采用新型輕質(zhì)構(gòu)件，減少物理作用下的垂直運(yùn)動(dòng)，使接觸面長(zhǎng)時(shí)間保持優(yōu)質(zhì)狀態(tài)，增加承力索和張力；③采用硬點(diǎn)吊弦式機(jī)電一體化作業(yè)方式，使弓流與跨距保持正常接觸，均勻增加接觸懸掛的彈性弧度，解決了接觸懸掛問(wèn)題，改善了接觸網(wǎng)性能。

3.2 軌道交通柔性接觸網(wǎng)定位裝置問(wèn)題

若發(fā)生電氣拉線斷裂、過(guò)度扭曲，或受外力磨損、物化、化學(xué)作用腐蝕等情況，則定位裝置將處于不良運(yùn)行狀態(tài)，不能及時(shí)給接觸網(wǎng)供電，導(dǎo)致其性能大幅下降。此外，溫度變化過(guò)快、干燥的空氣和地鐵運(yùn)行中的振動(dòng)都可能導(dǎo)致定位裝置脫落，這樣的事故問(wèn)題必然會(huì)影響接觸網(wǎng)的工作性能。預(yù)防措施主要包括以下兩類問(wèn)題：①由于定位裝置的線路連接不能從表面觀察到是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，所以需要根據(jù)行業(yè)規(guī)定或?qū)嶋H情況對(duì)定位裝置進(jìn)行定時(shí)檢查，通過(guò)試驗(yàn)方法分段測(cè)試接定位裝置的線路，以判斷其安全性，并更換故障、磨損或變形的線路；②嚴(yán)格把關(guān)定位裝置本身的質(zhì)量問(wèn)題，做好配套工作，對(duì)安裝和保護(hù)定位裝置進(jìn)行整改，避免因振動(dòng)引起的弓網(wǎng)事故，提高接觸網(wǎng)的性能。

3.3 軌道交通柔性接觸網(wǎng)補(bǔ)償裝置問(wèn)題

電接觸線的拉力、電感補(bǔ)償裝置安裝在電接觸線的兩端，用于自動(dòng)補(bǔ)償。地鐵柔性接觸網(wǎng)的補(bǔ)償裝置是影響其性能的最后關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但由于補(bǔ)償器的傳動(dòng)效率還不夠穩(wěn)定，負(fù)載容量有一定限制，而且維護(hù)難度較大，影響了接觸網(wǎng)性能的提高。采用改進(jìn)的錨鏈結(jié)構(gòu)，在錨鏈兩端加裝新一代滑輪補(bǔ)償器，使接觸線和承力索在雙環(huán)桿的作用下不會(huì)出現(xiàn)塌落?；蛟诶谓佑|線時(shí)制作錨定角鋼工具，使補(bǔ)償繩固定在中心區(qū)域，減少摩擦，最大限度地發(fā)揮補(bǔ)償作用。某些采用地面軌道的線路，可在此段距離采用滑輪使補(bǔ)償裝置的承載力在可承載范圍內(nèi)，以延長(zhǎng)其使用壽命，提高接觸網(wǎng)的使用性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)中，接觸網(wǎng)起著重要作用。應(yīng)以當(dāng)前城市軌道交通建設(shè)中存在的突出問(wèn)題為著力點(diǎn)，以滿足現(xiàn)代出行需求為重點(diǎn)，充分發(fā)揮軌道交通的比較優(yōu)勢(shì)，科學(xué)開(kāi)展互聯(lián)互通工作，提高樞紐城市軌道交通的安全性、便捷性和經(jīng)濟(jì)性。城市軌道交通作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，在保障現(xiàn)代化城市穩(wěn)定發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。城市軌道交通接觸網(wǎng)作為供電的重要設(shè)施，能夠減輕城市軌道交通的供電壓力，需要相關(guān)單位和工作人員給予高度重視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、認(rèn)真解決，積極采取有效措施，防止故障問(wèn)題的發(fā)生，以保證城市軌道交通更好地滿足現(xiàn)代化的交通需求。