引言

城市軌道交通弓網(wǎng)系統(tǒng)由電客車受電弓與接觸網(wǎng)結(jié)合而成,兩者既相互作用又相互依賴。隨著城市軌道交通的發(fā)展,弓網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性隨著電客車速度的不斷提升而備受考驗,弓網(wǎng)關(guān)系已經(jīng)成為影響地鐵能否穩(wěn)定運行的重要因素之一。

1問題的引出

在地鐵運行過程中,電客車車體經(jīng)過其頂部抬升的受電弓與接觸線發(fā)生接觸從而獲取電能。穩(wěn)定的受流過程依托于受電弓與接觸網(wǎng)的良好接觸,保證電客車可靠、安全以及不間斷地運行。但在地鐵實際運行過程中,弓網(wǎng)間發(fā)生拉弧打火的現(xiàn)象較為普遍,影響著接觸網(wǎng)對電客車的穩(wěn)定供電。如何避免城市軌道交通運營中的拉弧打火現(xiàn)象,成為了亟需解決的問題。

2弓網(wǎng)拉弧打火的原因分析

電客車受流過程中,其受電弓碳滑板經(jīng)過與接觸線底面的相對滑動獲取電能,這個過程包括了兩者間的機械運動和電氣傳輸。機械運動過程中,當弓網(wǎng)出現(xiàn)離線現(xiàn)象,即受電弓與接觸線瞬時分離、跳躍式接觸時,會出現(xiàn)拉弧打火現(xiàn)象:電氣傳輸過程中,當受電弓通過兩個存在電壓差的供電分區(qū)分界點時,也會出現(xiàn)拉弧打火現(xiàn)象。因此,存在空氣間隙和一定程度的電壓差是出現(xiàn)拉弧打火現(xiàn)象的兩大基本原因?，F(xiàn)從受電弓與接觸網(wǎng)本身角度出發(fā),具體分析拉弧打火產(chǎn)生的原因。

2.1弓網(wǎng)間接觸壓力的影響

受電弓與接觸網(wǎng)的接觸狀態(tài)決定了弓網(wǎng)間是否會發(fā)生離線現(xiàn)象。當弓網(wǎng)間接觸壓力過大時,會加劇受電弓碳滑板和接觸線的磨耗:當弓網(wǎng)間接觸壓力過小時,會導致離線,從而引發(fā)拉弧打火現(xiàn)象,燒傷受電弓碳滑板和接觸線底面,嚴重時可能燒斷接觸線。

2.2接觸線動態(tài)抬升量的影響

理想狀態(tài)下,接觸線導高值應保持恒定不變,以確保受電弓與接觸線的穩(wěn)定接觸。但在實際運行中,接觸線在受到受電弓的抬升力作用下,會有一定的抬升以及后續(xù)跟隨的上下振動。當受電弓經(jīng)過定位點時,接觸線在定位器的作用下抬升量較小,但在遠離定位點位置時,由于沒有定位器的限制,接觸線在受電弓的作用下抬升量相應升高,經(jīng)過跨中位置時達到峰值。實踐表明,接觸線的抬升量變化幅度越小,受流質(zhì)量越好:抬升量變化幅度越大,電客車在高速運行通過時引起的接觸線振動越大,影響弓網(wǎng)間的跟隨性,可能造成離線,產(chǎn)生拉弧打火現(xiàn)象。

就接觸網(wǎng)而言,跨距內(nèi)導高值的劇烈變化、錨段關(guān)節(jié)過渡處不水平、中錨出現(xiàn)負馳度等都會引起抬升量的突然變化,進而導致因離線產(chǎn)生拉弧打火現(xiàn)象。

2.3電客車速度的影響

當電客車運行速度較低時,受電弓能夠較好地跟隨接觸線振動,弓網(wǎng)間接觸狀態(tài)良好。當電客車行駛至出站臺等加速區(qū)段時,電客車速度的提升將引起接觸懸掛的振動,進而導致弓網(wǎng)間良好的接觸狀態(tài)被打破,受流質(zhì)量下降。當受電弓無法良好地追隨接觸線的振動軌跡時,與接觸線發(fā)生跳躍式接觸,出現(xiàn)拉弧打火現(xiàn)象。

本文對廣州地鐵一號線從2017年1月至2018年8月發(fā)生的12起打火現(xiàn)象發(fā)生的位置進行了分析,發(fā)現(xiàn)12次打火事件中,有3次位于花地灣上行站臺,3次位于坑口上行站臺,2次位于公園前上行站臺,其他打火位置均無固定站點,可見打火點大多集中于列車出站的加速區(qū)段處。

2.4接觸線自身原因

2.4.1接觸線材質(zhì)

接觸線自身材質(zhì)要求剛度均勻,而剛度又取決于接觸線內(nèi)部顆粒的質(zhì)量。若接觸線內(nèi)部存在間隙、顆粒大小不一或分布不均勻,加上工作張力后接觸線會出現(xiàn)剛度不均的情況。投入運行后,受電弓與接觸線進行摩擦時,不均勻的剛度易引起小幅度沖擊,形成離線火花。

2.4.2接觸線不平順

接觸線在出廠時因本身質(zhì)量問題或由于放線施工時操作不當導致接觸線存在硬彎,均是可能導致接觸線不平順的原因。當接觸線不平順時,受電弓與接觸線的接觸穩(wěn)定性下降,弓網(wǎng)發(fā)生劇烈振動,可能造成離線打火現(xiàn)象。

2.4.3接觸線硬點

接觸線的硬點為接觸線不平直產(chǎn)生的凹凸點,通常出現(xiàn)在接觸網(wǎng)零部件等彈性不均勻位置處,如定位線夾、接頭線夾等位置。硬點較小時,受電弓通過時會造成受電弓碳滑板的異常磨損,當硬點達到一定程度時,受電弓在經(jīng)過接觸線硬點時受到硬點的沖擊,出現(xiàn)瞬間離線現(xiàn)象,在硬點位置形成離線火花。

2.5受電弓自身原因

電客車通過受電弓碳滑板從上方的接觸網(wǎng)獲取電能,過程中受電弓有多種運動形式:(1）相對接觸線的滑動取流:

(2）受空氣動力影響的振動:(3）受接觸線剛度變化引起的跟隨振動:(4）受自身車體擺動而形成的橫向振動:(5）受電弓設(shè)計或安裝差異引起的振動。當受電弓的運動引發(fā)瞬間離線現(xiàn)象時,形成電弧火花。

2.6供電分區(qū)兩端電壓差的影響

當電客車在經(jīng)過供電分段時,由于受電弓需要快速通過兩個不同供電分區(qū)的重疊部分,供電分區(qū)之間的電壓差會造成弓網(wǎng)間發(fā)生拉弧打火現(xiàn)象。

3弓網(wǎng)拉弧打火的危害

電客車運行時,受電弓與接觸線瞬時分離或者跳躍式接觸時會產(chǎn)生拉弧打火現(xiàn)象,這種有害現(xiàn)象可能造成多方面的危害:(1）造成接觸線的磨耗不均勻和加速受電弓碳滑板的磨耗。離線產(chǎn)生的灼熱電弧會燒傷接觸線和受電弓滑板,使接觸線與碳滑板的接觸面粗糙不平,同時兩者磨耗速度均大大增加,工作壽命縮短。(2）對沿線通信線路產(chǎn)生干擾。弓網(wǎng)電接觸過程是一個電場、磁場等變化的綜合作用過程,在拉弧瞬間,牽引電流的波形急劇變化,其中含有許多高次諧波,對鄰近無線電通信線路造成有害干擾。(3）導致牽引變電設(shè)備,如整流器、整流變壓器等的工作條件遭到破壞,列車的受流質(zhì)量受損。

4應對措施

接觸網(wǎng)檢修、維護人員應加大自身設(shè)備的檢查巡視力度,并且結(jié)合網(wǎng)軌檢測、熱滑等有效手段,對弓網(wǎng)關(guān)系加強監(jiān)管。為確保接觸網(wǎng)設(shè)備安全,保證正常運營,針對弓網(wǎng)拉弧打火事件的應對措施具體有:

(1）觀察打火點接觸網(wǎng)設(shè)備和取流狀態(tài)。凡是接到弓網(wǎng)打火報告后,第一時間通知接觸網(wǎng)在線值班人員和技術(shù)人員前往打火點檢查接觸網(wǎng)設(shè)備,并觀察后續(xù)列車的取流狀態(tài)。

(2）運營結(jié)束后安排接觸網(wǎng)設(shè)備檢查。凡是接到弓網(wǎng)打火報告的,當晚申請作業(yè)計劃對電客車受電弓與接觸網(wǎng)打火位置前后100m范圍的接觸網(wǎng)設(shè)備進行全面檢查。主要檢查接觸線線面有無打火灼傷痕跡,測量導高、拉出值技術(shù)參數(shù)。此外還要對接觸懸掛、定位裝置和支持裝置等設(shè)備進行全面檢查。

(3）檢查電客車受電弓。電客車回場后,安排人員協(xié)同車輛專業(yè)檢修人員檢查受電弓,杜絕病弓上線運行。

(4）后續(xù)設(shè)備狀態(tài)跟蹤。為確保運營正常,要求打火點接觸網(wǎng)設(shè)備檢查結(jié)束后,安排人員對打火點進行狀態(tài)跟蹤,觀察第二天早班車以及后續(xù)列車的取流狀態(tài)。若出現(xiàn)異常,立即報告調(diào)度。

5結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場的實際檢查可知,弓網(wǎng)關(guān)系是一個不斷變化的動態(tài)過程。電客車受電弓與接觸線實際接觸面的大小、受電弓離線的時間長短、碳滑板的材質(zhì)、車輛受電弓的穩(wěn)定性、弓網(wǎng)之間的跟隨性、車輛運行狀態(tài),甚至在人工駕駛的時候司機的操作水平等都密切影響弓網(wǎng)關(guān)系。

通常電火花的形成時間在10-3s以內(nèi),盡管電弧溫度很高,但其對弓網(wǎng)系統(tǒng)的侵蝕有限,對弓網(wǎng)系統(tǒng)的影響也有限。根據(jù)現(xiàn)行的接觸線相關(guān)標準《電氣化鐵道用銅及銅合金接觸線》(TB/T2809—2005）,地鐵常用的銀銅接觸線允許最高工作溫度達到150℃,受電弓碳滑板也具備熔點高、導熱性良好等特點。

綜上所述,結(jié)合國內(nèi)外電氣化鐵路、地鐵運營經(jīng)驗,參考眾多專業(yè)學術(shù)研究,地鐵運營過程中偶發(fā)性的電客車受電弓與接觸網(wǎng)拉弧打火現(xiàn)象不會對地鐵的運營造成影響。