南寧地鐵2 號(hào)線弓網(wǎng)異常磨耗原因分析及整改

李 軍，盧海龍，韋龍劍

（南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司，廣西 南寧 530000）

1 弓網(wǎng)異常磨耗現(xiàn)狀

南寧地鐵2 號(hào)線接觸懸掛采用Π 型架空剛性接觸網(wǎng)。2 號(hào)線一期工程開通僅一年，部分出站加速區(qū)段已存在接觸線異常磨耗現(xiàn)象并有加重的趨勢(shì)。磨耗嚴(yán)重區(qū)段主要集中在列車加速區(qū)段，并伴有打火、拉弧痕跡，接觸線出現(xiàn)波紋、麻面等，受電弓碳滑板存在不同程度損傷、凹槽現(xiàn)象。

2 號(hào)線東延線開通全線貫通運(yùn)營僅一個(gè)月，弓網(wǎng)關(guān)系再次惡化，拉弧現(xiàn)象頻發(fā)，受電弓碳滑板磨耗急劇上升，出現(xiàn)不規(guī)則磨耗，主要表現(xiàn)為偏磨、磨耗面粗糙等；全線接觸線都有不同程度的異常磨耗，主要表現(xiàn)為麻面、刮痕、毛刺等。弓網(wǎng)磨耗無法避免，但可以減緩，從接觸網(wǎng)、受電弓及地鐵運(yùn)行環(huán)境著手，通過分析弓網(wǎng)磨耗原理、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地排查和實(shí)際操作來找出造成弓網(wǎng)異常磨耗的根源，研究針對(duì)弓網(wǎng)異常磨耗問題的解決方案，制定切實(shí)有效的整改措施，以此來改善弓網(wǎng)關(guān)系，延長接觸線、受電弓滑板的使用壽命，節(jié)約運(yùn)營成本，希望對(duì)架空剛性接觸網(wǎng)的維護(hù)管理和新線驗(yàn)收有所啟發(fā)。

2 弓網(wǎng)異常磨耗情況

2.1 接觸線異常磨耗情況

2019 年3 月進(jìn)行接觸線異常磨耗情況統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)正線出站加速區(qū)段共有49 處接觸線異常磨耗處所，其中建設(shè)路站下行等5 處磨耗較為嚴(yán)重。異常磨耗處接觸線的表征特性如圖1 所示，磨耗截面表面光滑且發(fā)黑，整錨段或局部磨耗不均勻。

圖1 接觸線表面磨耗情況（第一次）

2 號(hào)線東延線開通全線貫通運(yùn)營后，2020 年12月進(jìn)行接觸線異常磨耗情況統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)不僅正線原有異常磨耗點(diǎn)磨耗情況發(fā)生變化，之前無異常磨耗的接觸線也出現(xiàn)磨耗上升的現(xiàn)象；并且有25 處錨段關(guān)節(jié)非工作支的匯流排終端接觸線磨耗較大（部分磨耗寬度已達(dá)11 mm），折返線分段絕緣器銅導(dǎo)流滑板有類似刮傷的磨耗痕跡；全線接觸線磨耗截面寬度都擴(kuò)展為4 ～ 8 mm。接觸線表征特性如圖2 所示，接觸線磨耗截面新，表面呈麻面、刮痕、毛刺狀；分段絕緣器銅導(dǎo)流滑板表征特性如圖3 所示，表面有毛刺。

圖2 接觸線表面磨耗情況（第二次）

圖3 分段絕緣器銅導(dǎo)流滑板刮傷

2.2 受電弓碳滑板異常磨耗情況

2019 年3 月起，進(jìn)行受電弓碳滑板磨耗情況統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)普遍存在凹槽磨痕的現(xiàn)象，其表征特性如圖4 所示，表面光滑且沒有撞擊或刮傷痕跡，凹槽最深處位于距碳滑板中心線兩側(cè)約75 mm 處。

圖4 受電弓碳滑板表面磨耗情況（第一次）

2 號(hào)線東延線開通全線貫通運(yùn)營后，檢查發(fā)現(xiàn)受電弓碳滑板表面呈現(xiàn)不規(guī)則磨耗，表征特性如圖5 所示，表面非常粗糙且存在電燒蝕的黑色痕跡，部分表面有黑色輕微灼傷痕跡。2020 年12 月磨耗比趨勢(shì)明顯上升，最大時(shí)達(dá)到了31.69 mm/萬km，超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的20 倍之多。

圖5 受電弓碳滑板表面磨耗情況（第二次）

其他情況：在車頂空調(diào)及貫通道頂部表面縫隙處，發(fā)現(xiàn)了大量以銅粉為主的金屬物質(zhì)殘留。

3 造成弓網(wǎng)異常磨耗原因

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，弓網(wǎng)之間的磨耗分為機(jī)械磨耗和電氣磨耗兩種。機(jī)械磨耗指受電弓碳滑板在滑動(dòng)取流過程中與接觸線相互摩擦產(chǎn)生的磨耗。電氣磨耗是指受電弓碳滑板與接觸線相互摩擦過程中產(chǎn)生的電火花（或電弧）引起局部高溫的現(xiàn)象，從而造成二者物理特性變化的磨耗[1]。

3.1 接觸網(wǎng)方面

（1）接觸網(wǎng)拉出值分布不合理。某個(gè)數(shù)值布置多，在受電弓碳滑板的相對(duì)位置磨耗時(shí)間、次數(shù)會(huì)增多，就會(huì)產(chǎn)生局部過量磨損的情況，而受電弓碳滑板的凹凸不平也會(huì)造成接觸線異常磨耗現(xiàn)象，加劇弓網(wǎng)異常磨耗[2]。

（2）接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)（導(dǎo)高、拉出值）實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值偏差大。接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)（導(dǎo)高、拉出值）存在較大差值不僅會(huì)加劇電氣磨耗，還會(huì)產(chǎn)生接觸線硬點(diǎn)，造成弓網(wǎng)間接觸壓力變化，增加燃弧現(xiàn)象，加劇弓網(wǎng)異常磨耗。

（3）接觸網(wǎng)重點(diǎn)設(shè)備（錨段關(guān)節(jié)、線岔、分段絕緣器等）技術(shù)狀態(tài)異常。受電弓通過這些設(shè)備時(shí)形成撞擊點(diǎn)，造成弓網(wǎng)間壓力和振動(dòng)幅度增大，除了機(jī)械磨耗增加，燃弧的增加也加劇電氣磨耗。

3.2 電客車受電弓方面

（1）受電弓本體技術(shù)狀態(tài)異常。受電弓本體底架、下臂桿、弓頭、拉桿等出現(xiàn)變形、裂紋、損傷現(xiàn)象，造成弓架不平穩(wěn)，影響接觸壓力，弓網(wǎng)之間接觸力過大會(huì)造成碳滑板機(jī)械磨耗過快，反之弓網(wǎng)接觸時(shí)斷時(shí)續(xù)，受流不穩(wěn)定，產(chǎn)生一定的電氣磨耗[3]。

（2）受電弓碳滑板表面粗糙。受電弓碳滑板表面粗糙，甚至出現(xiàn)刮痕、毛刺等現(xiàn)象，此時(shí)弓網(wǎng)間作用力關(guān)系表現(xiàn)為銼磨關(guān)系，短時(shí)間內(nèi)接觸線和碳滑板工作面無法形成平滑面，從而導(dǎo)致弓網(wǎng)關(guān)系持續(xù)惡化，加劇機(jī)械、電氣磨耗。

3.3 其他方面

（1）軌道線路環(huán)境情況。位于曲線區(qū)段、特殊道床結(jié)構(gòu)、線路坡度過大以及線路幾何尺寸不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值都會(huì)導(dǎo)致列車震動(dòng)加大，使接觸線與受電弓離線率和燃弧率增加，加劇機(jī)械、電氣磨耗。

（2）牽引電流過大。地鐵運(yùn)營中一輛或多輛列車在同一供電臂中運(yùn)行，接觸線電流過大，弓、網(wǎng)接觸面表面溫度升高，加劇電氣磨耗。

4 現(xiàn)場(chǎng)排查情況及原因分析

根據(jù)造成弓網(wǎng)異常磨耗原因，針對(duì)南寧地鐵2 號(hào)線運(yùn)營期間發(fā)生的兩次不同弓網(wǎng)異常磨耗情況，接觸網(wǎng)專業(yè)和車輛專業(yè)分別針對(duì)各自專業(yè)的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行排查分析，并聯(lián)合其他相關(guān)專業(yè)對(duì)地鐵行車環(huán)境進(jìn)行排查分析。

4.1 接觸網(wǎng)專業(yè)排查情況

（1）接觸網(wǎng)拉出值分布情況排查。2 號(hào)線一期工程正線共6276 個(gè)定位，其中拉出值正值（面向車輛段方向右側(cè)）共3138 個(gè)，拉出值負(fù)值共3138 個(gè)；2 號(hào)線東延線正線共1889 個(gè)定位，其中拉出值正值共941個(gè)，拉出值負(fù)值共948 個(gè)。從圖6 可以看出拉出值正、反定位分布基本一致。

圖6 2 號(hào)線及東延線接觸網(wǎng)拉出值分布圖

（2）接觸網(wǎng)重點(diǎn)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)排查

針對(duì)第一次弓網(wǎng)異常磨耗，排查建設(shè)路站下行等5 處異常磨耗嚴(yán)重處所接觸網(wǎng)連接重點(diǎn)設(shè)備類型情況，發(fā)現(xiàn)均未連接錨段關(guān)節(jié)、線岔、分段絕緣器、中心錨結(jié)等設(shè)備，因此無需考慮重點(diǎn)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)情況。

針對(duì)第二次弓網(wǎng)異常磨耗，排查全線259 處錨段關(guān)節(jié)、31 組線岔、折返線分段絕緣器技術(shù)參數(shù)符合要求，其零部件狀態(tài)良好、各部螺栓緊固力矩達(dá)標(biāo)。

（3）接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)（導(dǎo)高、拉出值）實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值偏差排查

第一次弓網(wǎng)異常磨耗階段，通過對(duì)比2 號(hào)線一期工程其它31 處列車出站加速區(qū)（1054 個(gè)定位）接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)實(shí)測(cè)值，發(fā)現(xiàn)建設(shè)路站等5 處異常磨耗嚴(yán)重處所接觸網(wǎng)參數(shù)雖符合《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，但基本臨近臨界值，導(dǎo)高偏差在7 ～ 10 mm范圍不等，拉出值偏差在9 ～ 20 mm 范圍不等；而其他處與設(shè)計(jì)值的偏差較小基本在±5 mm 以內(nèi)。

第二次弓網(wǎng)異常磨耗階段，經(jīng)測(cè)量全線（8165 個(gè)定位）接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，且沒有接近臨界值的情況，偏差基本在±5 mm 以內(nèi)。

4.2 電客車受電弓排查情況

（1）受電弓碳滑板最大磨耗相對(duì)位置分布情況

第一次弓網(wǎng)異常磨耗階段，分析已更換下和返回車庫后的84 根受電弓碳滑板磨耗情況，最大磨耗處所普遍位于受電弓碳滑板中心線兩側(cè)約75 mm 處。第二次弓網(wǎng)異常磨耗階段，分析已更換下和返回車庫后的200 根受電弓碳滑板磨耗情況，最大磨耗處所磨砂位置分布如圖7 所示，大部分位于受電弓碳滑板中心線兩側(cè)50 ～ 100 mm 處，與接觸網(wǎng)拉出值分布情況并不是完全吻合。

圖7 受電弓碳滑板最大磨耗相對(duì)位置分布圖

（2）受電弓本體技術(shù)狀態(tài)排查

檢查26 列電客車受電弓本體底架、下臂桿、弓頭、拉桿等無變形、裂紋、損傷現(xiàn)象，各部螺栓力矩達(dá)標(biāo)；接觸壓力符合要求（接觸壓力值120±10 N）。

（3）受電弓碳滑板表面情況排查

第一次弓網(wǎng)異常磨耗階段，受電弓碳滑板普遍存在凹槽磨痕，表面光滑且沒有撞擊或刮傷痕跡，測(cè)量凹槽分布位置，最深處位于距碳滑板中心線兩側(cè)約75 mm 處。第二次弓網(wǎng)異常磨耗階段，受電弓碳滑板表面非常粗糙并呈現(xiàn)不規(guī)則狀，表面、側(cè)面存在電燒蝕的黑色痕跡，并有小面積崩缺現(xiàn)象。

4.3 其他方面排查情況

（1）軌道線路環(huán)境情況

第一次弓網(wǎng)異常磨耗階段，排查9 km 的軌道線路曲線分布、道床結(jié)構(gòu)差異、線路坡度情況，建設(shè)路站下行等5 處異常磨耗處所并非都位于曲線區(qū)段，道床結(jié)構(gòu)、線路坡度大小與2 號(hào)線其他列車出站加速區(qū)相比不具有特殊性。

第二次弓網(wǎng)異常磨耗階段，結(jié)合上一次排查結(jié)果，額外排查47 km 的軌道線路條件及參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，經(jīng)專業(yè)人員對(duì)正線的線路進(jìn)行檢測(cè)，線路條件及參數(shù)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無超限處。

（2）列車取流情況排查。

在2 號(hào)線地鐵的牽引變電所內(nèi)統(tǒng)計(jì)運(yùn)營時(shí)間電客車取流情況，分析各站列車出站時(shí)的電流，建設(shè)路站下行等5 處異常磨耗嚴(yán)重處所電流并非最大值，與2 號(hào)線其他列車出站加速區(qū)相比電流大小也不具有特殊性。

4.4 原因分析

（1）第一次弓網(wǎng)異常磨耗

根據(jù)排查情況結(jié)合弓網(wǎng)磨耗原理分析，接觸網(wǎng)異常磨耗的地點(diǎn)主要位于列車出站加速區(qū)，其原因是該區(qū)段接觸網(wǎng)參數(shù)（導(dǎo)高、拉出值）實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值偏差較大，從而產(chǎn)生接觸線硬點(diǎn)，導(dǎo)致弓網(wǎng)離線率、燃弧率增加，弓網(wǎng)磨耗主要體現(xiàn)為電氣磨耗。受電弓碳滑板表面凹槽磨痕，原因是在接觸線異常磨耗處所電氣磨耗的作用下，其對(duì)應(yīng)受電弓碳滑板位置的磨耗也相應(yīng)增加，長時(shí)間的作用下必然造成受電弓碳滑板在特定位置有明顯的凹槽。

（2）第二次弓網(wǎng)異常磨耗

根據(jù)排查情況、弓網(wǎng)磨耗原理及在車頂空調(diào)和貫通道頂部表面縫隙處發(fā)現(xiàn)的大量銅粉分析，造成此次弓網(wǎng)異常磨耗形成的原因是受電弓碳滑板、接觸線工作面均呈粗糙狀，弓網(wǎng)間作用力關(guān)系表現(xiàn)為銼磨關(guān)系，銼磨作用下接觸線和受電弓碳滑板工作面無法摩擦成平滑面，致使弓網(wǎng)關(guān)系持續(xù)惡化，接觸線與受電弓碳滑板磨耗量大、速度快，并產(chǎn)生大量金屬碎屑和碳粉末，弓網(wǎng)磨耗主要體現(xiàn)為機(jī)械磨耗。

5 整改措施

綜合兩次弓網(wǎng)異常磨耗的原因分析，可以得出緩解磨耗最直接最根本的解決方案是“恢復(fù)”弓網(wǎng)關(guān)系初始狀態(tài)：一是消除接觸線不均勻磨耗面、刮痕、毛刺，盡可能保持接觸線磨耗面平滑、平整；二是消除受電弓碳滑板不規(guī)則的工作面，盡可能保持碳滑板表面平滑、無凹槽；三是消除接觸網(wǎng)參數(shù)（導(dǎo)高、拉出值）實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值偏差。

（1）接觸網(wǎng)參數(shù)（導(dǎo)高、拉出值）優(yōu)化調(diào)整

為緩解第一次弓網(wǎng)異常磨耗，接觸網(wǎng)專業(yè)完成了列車出站加速區(qū)接觸網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，將導(dǎo)高與設(shè)計(jì)偏差值控制在±3 mm 內(nèi)、拉出值與設(shè)計(jì)偏差值控制在±5 mm 內(nèi)。經(jīng)后期監(jiān)測(cè)，接觸線的異常磨耗有所緩解，受電弓碳滑板磨耗趨勢(shì)有所回降。

為緩解第二次弓網(wǎng)異常磨耗，將整改重點(diǎn)定在確保導(dǎo)高變化的平順并減少弓網(wǎng)燃弧，為此接觸網(wǎng)專業(yè)完成了全線接觸網(wǎng)導(dǎo)高的優(yōu)化調(diào)整，將導(dǎo)高與設(shè)計(jì)偏差值控制在+3 mm 內(nèi)（即相鄰定位的最大高差為3 mm，并不得出現(xiàn)“V 型”）。完成后實(shí)時(shí)觀察分析受電弓運(yùn)行狀態(tài)，弓網(wǎng)關(guān)系進(jìn)一步得到提高。

（2）接觸線工作面打磨及受電弓碳滑板更換

不同于第一次弓網(wǎng)異常磨耗，在第二次弓網(wǎng)異常磨耗問題處理中增加弓網(wǎng)關(guān)系“恢復(fù)”的步驟，即受電弓碳滑板更換與接觸線打磨時(shí)間同步，利用兩天時(shí)間（第一天完成更換的電客車暫不上線運(yùn)營）完成全線上線運(yùn)營列車受電弓碳滑板的更換。自2021 年1 月22 日完成全線接觸線兩次打磨及受電弓碳滑板更換后，至7 月23 日重點(diǎn)異常磨耗處所接觸線磨耗截面寬度變化率由原來4.6 mm 降至0.11 mm，如圖8 所示，接觸線磨耗已趨于平穩(wěn)；受電弓碳滑板高度磨耗比為0.58 mm/萬km，低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1.50 mm/萬km，如圖9 所示，受電弓碳滑板磨耗已趨于平穩(wěn)。

圖8 弓網(wǎng)異常磨耗整改前后接觸線重點(diǎn)異常磨耗處所截面寬度變化趨勢(shì)圖

圖9 弓網(wǎng)異常磨耗整改前后受電弓碳滑板高度磨耗比趨勢(shì)圖

（3）更換異常磨耗接觸線。

異常磨耗的接觸線會(huì)加劇電氣磨耗，及時(shí)更換磨耗不均勻的接觸線，減小對(duì)弓網(wǎng)磨耗的影響。接觸網(wǎng)專業(yè)完成了11 個(gè)錨段異常磨耗接觸線的更換，經(jīng)后期監(jiān)測(cè)，換線后的接觸線磨耗無加重趨勢(shì)，受電弓碳滑板磨耗也趨于平穩(wěn)。

（4）定期維護(hù)受電弓碳滑板。針對(duì)受電弓碳滑板工作面出現(xiàn)較輕偏磨、凹槽的不規(guī)則磨耗，及時(shí)打磨，維持其平滑度、平整面；對(duì)達(dá)到更換條件的受電弓碳滑板及時(shí)更換。

6 結(jié)語

通過對(duì)弓網(wǎng)異常磨耗問題的分析研究，總結(jié)歸納了導(dǎo)致問題產(chǎn)生的原因，從理論上探討解決磨耗問題的方法，并應(yīng)用到實(shí)際中。在地鐵運(yùn)營中，接觸線的磨耗問題始終和列車受電弓磨耗問題有著密切聯(lián)系，針對(duì)不同類型的弓網(wǎng)磨耗問題提出了幾方面有效的解決策略，為運(yùn)維中減緩弓網(wǎng)磨耗提供參考及技術(shù)指導(dǎo)，保證了地鐵列車的穩(wěn)定運(yùn)行。