探讨降低地铁刚性接触网故障率的有效途径
高航 张英杰 刘千
摘 要 刚性接触网是地铁供电线路的重要组成部分，是地铁安全运行的重要保障。随着行车密度的增加，刚性接触网不可避免地会产生各种故障，比如零部件松动、接触线磨耗严重、受电弓磨耗以及中间接头螺纹滑牙等等，只有正确认识刚性接触网的各种故障现象，才能正确地判断和分析发生故障的原因，找出有效的解决措施。本文首先对地铁刚性接触网的常见故障及其原因进行了深入分析，然后提出了降低地铁刚性接触网故障率的途径。
关键词 刚性接触网 零部件松动 接触线磨耗 受电弓磨耗 螺纹滑牙
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）04-0018-02
刚性接触网是地铁电力驱动系统的重要部分，也是地铁电能安全稳定输送的保证。刚性接触网并没有备用系统，一旦发生故障，就需要及时停靠列车进行检修，从而造成旅客滞留、调度困难等问题，给交通带来巨大压力。那么，如何才能有效地降低刚性接触网故障率呢？
1 地铁刚性接触网的常见故障及其原因分析
1.1 零部件松动
地铁刚性接触网零部件的数量较多，与受电弓直接接触，会受到摩擦力的影响;在地铁运行过程，这些零部件长期处于振动状态，长此以往，便会发生零部件松动障碍。并且接触网设备在受电以后，受地铁运营时间的影响，对零部件的检查和维修都是按周期性开展的。因此，一旦刚性接触网发生零部件松动障碍，便会直接影响到地铁的稳定供电和安全运行。
造成零部件松动故障的原因主要有四个方面：第一，初始松动。螺栓在安装完成以后，各个接触面由于种种因素的影响，比如形状、波纹等，在受到外力的影响以后会产生变形;第二，支承面压陷引起的松动。[1]螺母支承面接触压强加大，会产生一些环状压痕，在地铁运行过程中，便会导致螺栓紧固轴力的下降;第三，轴向力影响下螺母自动回转引起松动。如果螺栓承受轴向拉压载荷时，会产生细微的相对滑动;但是如果螺栓反复承受波动轴向力时，就会产生切向滑动，进而导致零部件松动障碍;第四，螺母在受到横向变载、振动和冲击等因素的影响后，会发生自动回转，进而引起松动。
1.2 接触线磨耗严重
采用刚性接触网供电，部分区段的接触线会发生磨耗不均匀、磨耗比较快、电弧烧伤等情况。接触线的磨耗严重，一方面会导致弓网配合关系变差，发生弓网离线、产生电火花、燃弧等现象，严重影响弓网设备和取流质量;另一方面还会降低接触线的使用寿命，并且一旦锚段的某一点或者是某一区段发生异常磨耗，就需要对整个锚段的接触线进行更换。[2]
刚性接触网发生接触线磨耗严重主要有三个原因：一是机械磨损，指的是由摩擦力影响产生的磨损，包括黏着磨损、硬粒磨损以及永久性磨损;二是电气磨损，在电流的作用下会加速碳滑板和接触线的磨耗，发生电离子转移;电弧侵蚀接触材料会引起电弧熔损;三是化学磨损，在天气影响下接触线会产生溶解和腐蚀等现象，在摩擦力作用下会加速磨耗。
1.3 受电弓磨耗
在设计刚性接触网时，每个锚段的分布是呈现正弦曲线的，但是在具体的施工过程中是无法精确做到的，并且接触线与碳滑板的接触点一般都集中于碳滑板的某个位置，容易导致受电弓碳滑板集中磨耗，进而影响到受电弓和接触网的使用寿命以及地铁的供电安全。
导致受电弓磨耗的原因只要有以下几个方面：第一，材料的影响。滑板的选材、接触线的选材以及滑板与接触线之间的材料组合都影响着受电弓的磨耗状况;[3]第二，接触网构造的影响。刚性接触网拉出值大多采用正弦波形布置方式，而正弦波的周期对受电弓滑板的磨耗有着较大影响，周期越大，磨耗程度就越大;由于刚性接触网弹性比较小，受电弓的磨耗就比较大;分段绝缘器、线岔等设备的安装质量和调试状态也影响着受电弓的磨耗情况;第三，施工精度的影响。拉出值的大小决定了受电弓的磨耗是否均匀，接触线高度异常就会形成坡度，进而对弓网压力产生影响，第四，维护水平的影响。接触网会受到机械振动和外界天气等因素的影响，如果后期的维护保养不及时，就会导致受电弓出现非正常磨损;第五，地铁线路情况的影响。主要表现为竖曲线参数和轨道平顺度对受电弓磨耗的影响。[4]
1.4 中间接头螺纹滑牙
如果刚性接触网受电弓的接触压力和冲击力得不到缓解，那么悬挂系统就会产生震动。行车密度越大，振幅也越大，中介接头受到振动的影响，螺纹就会出现滑牙的情况，呈现逐渐增长的趋势。
导致中间接头螺纹滑牙的原因如下：虽然单次行车的振动值相对较低，但是如果行车密度加大以后，振动的能量也会相应叠加，便会对整个悬挂系统造成很大影响。中间接头作为最容易产生驰度的部位，在受电弓接触压力和冲击力的双重作用下，就会产生螺纹滑牙的现象。
2 降低地铁刚性接触网故障率的有效途径
2.1 预防和解决零部件松动的措施
零部件防松的方法有很多，比较常见的措施如下：第一，采用双螺母防松。利用双螺母互相牵引螺纹，使接触面紧紧咬合在一起;两个螺母要对顶拧紧，让螺栓在旋合段内受拉，进而帮助螺母受压，促使螺纹联接副纵向压紧;第二，使用弹簧垫圈防松。在拧紧螺母以后，弹簧垫圈的作用就是给螺母弹力、抵紧螺母，这种方法既简单又实用;第三，在螺杆上开孔插开口销防松。在拧紧螺母以后，可以在螺母槽与螺栓尾部孔内插入开口销，然后把开口销的尾部扳开，进而防止螺母与螺栓之间发生转动;第四，在螺栓中加入止动垫片防松。在拧紧螺母以后，可以在螺栓中加入单耳或双耳止动垫圈，并将垫圈分别向螺母和零部件侧面折弯贴紧，阻止螺母或者螺栓发生回旋转动;第五，使用螺纹紧固剂防松。可以在一些比较重要但是又不经常拆卸、并且振动较大的部位涂上螺纹紧固剂，固定内外螺纹的相互位置，防止螺栓发生松动。[5]
2.2 预防和解决接触线磨耗严重的措施
针对接触线磨耗严重的情况，可以从以下几个方面加以预防和解决：第一，要改善弓網的弹性。可以在出站加速区段的定位点安装弹性线夹，改善刚性接触网的弹性，促使接触网保持良好的动态性能，减少接触网离线情况的发生，减少燃弧发生的概率。第二，要降低出站的牵引电流，改变列车出站时牵引级数，有利于降低电流峰值，有效减少燃弧的能量[6]。第三，要改善弓网摩擦的工作状态。一方面，要调整好接触网导高，让接触网和受电弓保持一个良好的接触状态，将接触网各点对轨面高度调整一致，减少弓网离线的概率和燃弧发生的概率。另一方面，要调整好受电弓滑板平直度，在地铁运行过程中，要不断打磨受电弓滑块，以便控制好其平直度，进而控制好弓网燃弧。
2.3 预防和解决受电弓磨耗的措施
由于受电弓磨耗的原因比较复杂，想要减小受电弓的磨耗程度，可从以下几个方面着手：第一，要严格按照设计标准进行设计。比如，重视接触线和受电弓材质的匹配选型、拉出值的设置要在允许的范围以内等等。第二，要按照细化技术标准进行施工，保证接触网设备处于良好的状态。第三，在地铁运营过程中，要重视后期的维护和保养工作，一旦发现问题要及时进行修正和更换。[7]
2.4 预防和解决中间接头螺纹滑牙的措施
目前，处理中间接头螺纹滑牙的方式主要有两种：一种是更换中间接头，但是在地铁运营以后，可以用来检查和维护接触网的时间是非常有限的，而中间接头螺纹滑牙的情况会随着行车密度的加大变得更为严重。但是更换中间接头的方式会给检修工作带来很多的不便。另一种方式是改进零部件的材质和连接的工艺，这种方法也是从根源上解决问题的方法。在保证电气性能要求的情况下，中间接头可以尽量选择硬度高、耐磨性好的材质;也可以改进汇流排和中间接头的连接工艺，保护螺纹不被损坏。[8]
3 结语
总之，刚性接触网是地铁安全运行的重要保障，而地铁长时间地运行不可避免地会造成刚性接触网的故障。为了更高效地处理这些故障，保障地铁运行的安全性，除了上文中提到的几种降低刚性接触网故障率的途径，在处理故障时还需要遵循一定的原则。比如故障排查完成以后，需要进行相关的总结，包括对故障的排查分配、处理方法的总结、处理措施的商议与决定、处理后接触网情况的评估、未来预防维护等等方面的内容;要总结并掌握故障信息，故障发生以后积极联系各个部门的工作人员，保证相关人员充分掌握故障信息，包括对行车部门人员、电力调度人员、取线路人员、线路作业人员、司机、值班人员等等都要进行询问，做好数据统计工作并作出报告;要根据环境的特点来进行故障推断，比如大雾、雨水等造成的绝缘件闪络、树木倒塌和落石造成的异物影响等等;对于不容易判断的故障，可以从小范围进行排查，并按照一定的顺序开展排查，比如先确定故障大致发生的地点，再检查接触网是否有闪络、烧伤或者击穿的状况，然后通过分段式送电来逐一排查等等。
参考文献：
[1] 李瑞平.地铁刚性接触网故障的判断及查找研究[J].技术与市场，2019（04）：119-120.
[2] 董敏娥.地铁刚性接触网常见故障策略探讨[J].电子测试，2019（06）：108-109.
[3] 邓定双，黎琦，朱珠，等.地鐵刚性接触网常见故障及对策[J].安装，2020（02）：50-53.
[4] 卢静，杨佳，张卫华，等.基于虚拟样机技术的刚性接触网故障的研究[J].铁道机车车辆，2018（05）：66-72.
[5] 周晓旦.地铁刚性接触网故障的判断及查找研究[J].装备维修技术，2020（02）：93.
[6] 嵇锐.基于地铁刚性接触网常见故障处置分析[J].数码设计，2020（11）：163.
[7] 陈广进.地铁刚性接触网常见故障及对策探讨[J].数码设计，2020（10）：76.
[8] 张淼.地铁刚性接触网常见故障策略探讨[J].市场周刊（理论版），2018（39）：177.
（成都地铁运营有限公司维保分公司，四川 成都 610000）
