1、4城市轨道交通供电系统中刚性接触网常见故障与优化思考施伟峰上海地铁维护保障有限公司供电分公司 上海 200000摘 要：近些年，随着城市化进程的不断加快，各省市地区都加大了城市轨道交通工程建设的力度，这也对该工程建设质量提出了更高的要求。而接触网对城市轨道交通非常重要，能够帮助轨道车辆的安全稳定运行。但是，随着刚性接触网在地铁供电网中的使用比例增高，也逐渐暴露出了许多问题，严重影响了城市轨道交通的发展。基于此，本文将围绕城市轨道交通供电系统接触网的基本概述出发，并对其现阶段存在的故障问题进行详细分析与讨论，然后在此基础上提出了相关解决办法与优化措施，以供参考。关键词：城市轨道交通；供电系统；刚
2、性接触网；常见故障DOI:10.19569/119313/tu.2023130021 城市轨道交通供电系统刚性接触网的基本概述1.1 供电系统刚性接触网（1）刚性接触网概况通过供电系统接触网的相关分析可以发现，当前比较常见的有两种，即刚性接触网和柔性接触网，而我国城市轨道交通供电系统广泛采用的是前者，主要作用是为地铁内轨道车辆和车站等设备提供电力（如图1所示），通常涉及到高压电源、牵引供电等内容。刚性接触网在具体实施过程中，具有诸多优势特点，主要体现在以下几个方面：其一，占地面积小。在汇流排上使用空间上远小于柔性接触网，即使安装了其他的设施设备，也不会占据过多空间，这极大地减少了隧道内的使用空
3、间净值；其二，结构简单，可靠性强。没有多余部件，安装更为便捷，且可以保护隧道内的防水装置；其三，便于检修，使用周期长。由于其整体构造相对简单，在检修时可以更及时地找出问题所在并加以处理，有效延长使用寿命1。在城市轨道交通供电系统接触网常见故障分析过程中，本文主要围绕刚性接触网展开。图1 城市轨道交通供电系统接触网功能示意图1.2 刚性接触网的类型及原则分析（1）刚性接触网的类型通过前文分析可以发现，刚性接触网主要用于地下线路，以悬挂式为主。因为地铁隧道的净空有限，采用其他方式进行地铁线路的牵引，会占用较大空间，而刚性接触网采用绝缘子悬挂刚体导线，就不需要用到柔性悬挂的腕臂或弹性支座，不仅可以保
4、证对地距离的合理性，同时还能有效降低车辆上方空间。在具体应用过程中，刚性接触网需要使用汇流排或台架来夹持，以保证其稳定，其中汇流排包括两种类型：一种是铝合金T型汇流排，结构简单紧凑，且整体的载流截面较大，能够很好地降低电流中的电阻，日本东京营团地铁南北线使用的就是这种类型；另一种类型是型汇流排，其本身重量不大，结构更为合理，且安装需要耗费的资金成本也比较低，因此应用范围交广。两种类型示意图如图2所示。图 2型和T型汇流排示意图（2）刚性接触网故障处理原则就实际情况来看，供电系统刚性接触网在地铁系统中占据着举足轻重的地位，一旦出现故障问题，将直接影响到整个地铁运营的安全与稳定，因此在处理刚性接触
5、网故障时，必须要严格遵循一定的原则。具体来说，包括以下几点：其一，当接触网故障和查找工作做好后，应当及时收集各项资料，并对涉及到的故障信息进行总结与分析，从中发现问题根源，以便制定更合理的故障处理；其二，充分考虑故障后周围的环境情况，避免因外部环境变化而导致绝缘件闪络现象的发生，充分保障刚性接触网的故障处理质量；其三，对不易判断的故障应加强分析，尽可能地利用可利用的资源，确定故障点出现的大致位置，以便更快地解决问题，防止影响扩大化2。1.3 测量供电系统刚性接触网的具体方式为了更全面地获取供电系统刚性接触网的相关信息，为后续故障处理提供参考依据，通常还需要加强对其的有效测量。就目前实际情况来看
6、，测量的具体方式有以下几种：其一，静态测量。该方式最为常见，主要是在接触网电力工程5悬挂点处于静止状态时进行的测量，然后将测算所得出来的具体数据和标准数据进行比较，以此判断供电系统接触网是否存在问题；其二，接触式检测方式。该方式通常需要应用到多种设备，比如结构检测装置、性能监测装置等等，并根据装置类型将它们分别安装到受电弓的不同测角位置上，然后通过受电弓和接触线的相互作用来加以判断；其三，激光雷达扫描法。该方式不需要直接接触就能够测量供电系统接触网的相关尺寸，主要是利用了激光反射原理，不仅效率高、精度准，而且还能节省工作量。2 城市轨道交通供电系统中刚性接触网常见故障2.1 磨耗异常故障问题磨
7、耗异常故障在供电系统接触网中十分常见，通常出现在受电弓、刚性接头等部位，对城市轨道交通运行的影响非常大。具体来说，首先是受电弓的磨耗异常，这类故障专门发生在供电系统接触网的一些薄弱环节中，比如最大拉出值处的不均匀磨耗、道岔处正线与渡线接触网的位置等等，存在较大的安全隐患。其次是刚性接头位置磨耗异常，这类故障问题的发生原因有很多，比如接头部位连接不当，存在较大的缝隙，导致部件磨损程度加大，还比如接头处的平整度不达标，存在凹凸不平情况，最终导致接头位置磨耗异常。除此之外，刚柔过渡位置磨耗异常也很常见，这类故障问题通常是因为刚性悬挂和柔性悬挂的张力存在较大差异，极易产生不均匀弹性力并出现磨耗异常。2
8、.2 螺纹滑牙与螺栓松动故障在城市轨道交通供电系统接触网中，还经常会发生螺纹滑牙和螺栓松动的问题，对系统整体的运行质量也会造成较大影响。其中，螺纹滑牙故障问题是因为刚性悬挂无抬升量，当轨道列车处于运行状态时，接触悬挂的各部位会受到振动，呈连续状态，并且因为列车开行间隔短、车流密度大等原因，使得振动变化幅度较大，产生的能量也在持续叠加，最终导致连接相对薄弱的中间接头位置发生这类问题，严重危及出行人员与地铁人员生命安全3。另外，螺栓松动问题也是经常会发生的一种异常故障，其常见位置大多是在T型头螺栓部位，因为它们主要是用来悬吊刚性悬挂汇流排的，在列车持续开动的整个期间，螺栓都会受到震动影响，进而出现
9、偏转或松动脱落的情况，影响列车运行安全。2.3 接触线及汇流排的结合位置脱槽故障通过现阶段城市轨道交通运行现状的了解分析可以看出，接触线脱槽故障也是十分常见的问题，造成这类问题产生的原因有很多，任何环节都有能导致接触线脱槽故障的发生，比如施工安装误差、问题累计未解决、棱边毛刺未清理、金属器件敲击造成的不平整等等，这些因素都会影响到刚性接触网的运行质量，危及乘客安全。另外，在城市轨道交通接触网架设过程中，对汇流排钳口位置的清理工作也很有必要，如果这个部位存在异物，也会导致接口衔接不紧密，在长期运行中逐渐发生脱槽现象。2.4 锚段关节位置汇流排的绝缘子故障汇流排的绝缘子故障涉及到多种不同的情形，比
10、如脱落问题、破损问题、倾斜问题，需要根据实际情况分析这些问题产生的原因，才能更好地对症下药，保证地铁供电系统接触网的安全。具体来看，首先是汇流排的绝缘子倾斜问题，通过实际调查可以发现，主要是因为使用了固定刚性汇流排的定位线夹，当列车运行时，所形成的向上压力和滑移力，都会对定位线夹造成影响，进而导致绝缘子发生倾斜现象。其次是汇流排的绝缘子破损问题，形成原因主要是施工时未进行覆盖保护，导致绝缘子长时间暴露在外，进而出现破损，另外在进行隧道冲洗时产生的粉尘也会对绝缘子造成损伤，附着于绝缘子表面，进而降低其绝缘性能。最后是汇流排的绝缘子脱落问题，形成原因为绝缘子与定位线夹均采用螺栓连接，当列车启动后，
11、产生的振动难免会对连接部位造成影响，最终引发脱落问题4。2.5 接触线的拉弧烧损故障问题在城市轨道交通供电系统中，还有一个比较突出的问题值得注意，那就是接触线的拉弧烧损故障问题，这类故障在很多部位都有可能出现，比如锚段关节处接触线的等高点、分段绝缘器两侧等等，对地铁运行的影响非常大。造成这类故障问题产生的原因也比较多，具体包括以下几点：其一，在列车运行过程中，轮轨、弓网经常会发生偏移情况，这就导致碳滑板工作面与轨道面很难保持在同一平面上，造成微观离线现象，进而造成拉弧现象的发生；其二，接触线没有完全入槽，形成硬点，导致列车通过锚段关节等为区域时，受电弓位置易产生轻微跳弓，出现拉弧问题。3 城市
12、轨道交通供电系统中刚性接触网常见故障的优化措施3.1 磨耗异常故障问题的优化措施为了降低磨耗异常故障问题的发生率，保证地铁供电系统接触网运行质量，务必要在设计阶段和施工阶段就提高重视。具体来说，需要做好如下几项工作：其一，在设计阶段，考虑到出站加速段、变坡点等部位都属于刚性接触网受流的薄弱环节，一旦磨耗增大，势必会影响到列车运行质量，因此必须要提前在这些位置布设弹性定位线夹，以此来提高整个接触网的弹性，加强列车运行时的弓网跟随性，从而降低接触线以及碳滑板磨耗；其二，在城市轨电力工程6道交通供电系统接触网施工过程中，一个、两个锚段为完整周期，在这个期间内，直线区段的斜率是不变的，为了降低磨耗，需
13、要将最大拉出值由固定数值转变成可调控的范围；其三，在道岔处的施工设计过程中，需要对正线、渡线接触网进行合理布设，尽可能地将它们置于正线线路中心的同一侧，以改善道岔处弓网受流条件，降低磨耗异常故障的发生。3.2 防范螺纹滑牙与螺栓松动故障的措施就当前实际情况来看，我国对于T型头螺栓松动问题的处理方法还处在不断探索和研究之中，缺乏较高可行性的技术防范手段，因此可以从其他方面入手来解决这类故障问题。具体来说，一方面可以通过加强日常检修和排查力度，提前做好预防方案的方式，将供电系统刚性接触网中可能引发螺栓松动的影响因素及时解决掉，以防问题的产生和扩大。另一方面，还可以在正式接触悬挂完成后，对所有螺栓的
14、固定位置进行标记，一旦出现松动迹象，就能准确发现并处理，从而降低故障发生率，另外增加弹性垫圈、减少零件数量等方式，也能够在一定程度上减少螺栓松动的情况5。对于螺纹滑牙故障的处理，则需要从施工前期就提高重视，尤其是要重视中间接头材料的有效选取，以及连接方式的合理设计，这两项举措都可以很好地分散螺纹的部分受力，从而减少滑牙情况的发生。3.3 接触线及汇流排各方面故障的优化措施锚段关节位置汇流排的绝缘子故障对地铁运行的影响非常大，为了更好地控制这类故障的产生，需要从以下几个方面展开工作：其一，重视材料的选用。入前文所述，绝缘子经常发生倾斜、破损等问题，虽然形成原因是多方面的，但提高汇流排的综合性能，
15、在一定程度上可以降低外部因素对绝缘子的影响，因此在材料选择上可以选用有热胀冷缩性能的，以此来增强绝缘子的弹性，防止倾斜问题的发生；其二，加强污染区的清扫工作。在汇流排施工时，需要对周边情况进行日常检查与清扫，以确保连接位置的清洁状态，另外还需要对潜在隐患进行有效处理，尽可能地排除外部环境对汇流排绝缘子的干扰；其三，严格遵循设计要求安装汇流排。为防止绝缘子脱落的情况发生，必须要把控好各项数值信息，比如连接处不平顺度须0.3mm，汇流排中轴线与轨顶平面偏斜须1，另外还要严格按照相关流程进行部件安装，以减少故障问题发生率。3.4 建立健全的接触线类故障的排查检修体系通过上文分析可以看出，地铁供电系统
16、中刚性接触网的故障问题非常多，但总的来说，很多问题都是因为人员监管力度不足、排查检修程度不够所造成的，因此构建一个完善的故障排查检修体系非常有必要，可以全面提升整个供电系统接触网的运行质量，降低故障发生率。基于此，在具体实施过程中，应做好如下几点工作：其一，制定接触网故障预防机制。地铁监管部门应当成立一个专门的工作小组，定期到地铁线路上进行故障检查，对可能存在的安全隐患进行及时记录与分析，提前做好预防方案，并在后续的检查工作中不断完善方案内容，以便为后续的故障处理提供有效依据；其二，强化接触线的监测机制。为了更好地实现对供电系统接触网的全方位监测与管控，还必须要充分发挥监测机制的约束作用，以便实时掌握接触网的运行情况，在这个过程中还可以利用先进技术予以辅助，比如具有可视化优势的BIM技术，加强对其的有效应用，可以大大降低供电系统刚性接触网故障；其三，组建高质量的排查检修队伍。为进一步优化地铁供电系统接触网的运行质量，还必须要安排更加专业的检修队伍，对整个地铁系统进行全方位的隐患排查与处理，从而将故障发生的可能性降至最低。4 结束语总而言之，在新时期社会背景下，加强对城市轨道交通供电系统
