淺談地鐵接觸網(wǎng)導線磨耗分析及檢規(guī)修改建議

張向紅

（中國鐵建電氣化局集團第二工程有限公司）

1 引言

地鐵具有便捷運輸、大運力、無障礙等特點，因此在城市交通發(fā)展規(guī)劃中占有重要位置[1]。當前，地鐵覆蓋里程成為了評價一個城市發(fā)展水平的重要標志，我國很多大中城市、省會城市都修建了地鐵，有效緩解了交通壓力，提高了人們的生活便捷性。在使用過程中，需要加強線路檢修及運維水平，這樣才能確保地鐵始終處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)，避免交通事故或其他各類安全事故的發(fā)生[2]。地鐵系統(tǒng)由車輛、接觸網(wǎng)、測量裝置、控制設備等組成，其中接觸網(wǎng)承擔著車輛與外界的直接連接，因此其安全穩(wěn)定性至關重要。作為接觸網(wǎng)設備核心部分的接觸導線，與地鐵車輛受電弓直接進行耦合，在工作過程中既要滿足接觸懸掛張力的要求，又要考慮導線的載流量是否在預設范圍之內(nèi)，因此需要重點進行關注。地鐵接觸網(wǎng)導線磨耗量是導線的一個重要參數(shù)，受到多種因素的影響，只有將磨耗量控制在一定范圍內(nèi)，才能確保接觸網(wǎng)導線電阻和載流量滿足使用要求，向車輛傳輸足夠的動力電流滿足運行需求。本文中，作者分析了地鐵接觸網(wǎng)導線磨耗的相關定義，提出了磨耗量的智能化計算方法，在此基礎上提出了接觸網(wǎng)導線磨耗判斷標準及檢規(guī)修改建議，具有一定的參考價值。

2 地鐵接觸網(wǎng)導線磨耗相關定義

在實際工作中，磨耗現(xiàn)象是不可避免的。地鐵接觸網(wǎng)導線在運行過程中，會受到受電弓的相對摩擦，在這一作用過程中導線表面會產(chǎn)生磨損，同時由于工作時間的累積和潮濕、陰暗工作環(huán)境等因素的共同作用，導線表面會出現(xiàn)腐蝕等物理現(xiàn)象，在磨損和腐蝕等的共同作用下導線變細或銹蝕，引起的變化統(tǒng)稱為磨耗。引起地鐵接觸網(wǎng)導線磨耗的原因較多，歸納起來主要有以下幾項：受電弓碳滑板的機械摩擦，接觸線與滑板間的電氣腐蝕，接觸線氧化，接觸線化學腐蝕等。

地鐵接觸網(wǎng)導線在出現(xiàn)磨耗后，載流量會下降，同時會影響到運行安全。對于由銅及銅合金制作的接觸線，在使用過程中安全系數(shù)與接觸線最大允許磨耗面積具有直接關系（見圖1）。

圖1 安全系數(shù)與接觸線最大允許磨耗面積關系

圖1中，橫坐標表示接觸線最大允許磨耗面積，縱坐標表示安全系數(shù)的量化值。紅色虛線表示安全閾值，超過該值表示地鐵在運行過程中安全性將得不到保證；藍色虛線表示變化趨勢。由上圖可知，當接觸線最大允許磨耗面積達到35%時，安全系數(shù)達到臨界閾值，此時需要采取安全措施抑制磨耗面積的增加，否則依據(jù)變化趨勢可以看出，安全系數(shù)很容易超過臨界閾值，從而出現(xiàn)安全事故。

3 地鐵接觸線磨耗計算方法

在對地鐵線路進行運行維護或者檢修過程中，需要對接觸線磨耗情況進行定期觀察和精確測量，一旦發(fā)現(xiàn)超過臨界值的情況，需要及時采取措施進行補救[3]。

3.1 接觸線磨耗情況計算圖例

圖2中，陰影部分即為接觸線磨耗情況示意，需要在測量過程中進行計算。

圖2 地鐵接觸線磨耗情況示意

接觸線標準半徑為R，約為12.9/2=6.45mm，接觸線采用CTA120銅銀接觸線，假設接觸線磨耗損失部分寬度為h，則根據(jù)現(xiàn)行標準并對照圖1中安全系數(shù)與接觸線最大允許磨耗面積關系，制定以下補救措施（見表1）。

表1 接觸線磨耗情況與補救措施

3.2 接觸線磨耗情況測量方法

在巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)接觸線出現(xiàn)磨耗情況時，應及時進行檢查和修補。對于圖1所示的情況，接觸線的線徑R是已知的，如果用游標卡尺測量出了圖中所示的a值之后，就可以計算出磨損高度h=2R-a；另外，根據(jù)經(jīng)驗公式，可以計算出磨損寬度y=sqrt(R^2-(h/2)^2)。據(jù)此可以近似求出表面積：

式中：S為接觸線磨耗部分的表面積。

3.3 接觸線磨耗情況分析

在實際工作中，針對地鐵線路接觸網(wǎng)導線，可以計算出磨耗部分表面積與磨耗高度及磨耗寬度的經(jīng)驗曲線（見圖3-4）。

圖3 磨耗部分表面積與磨耗高度的關系

從圖3和圖4可以看出，磨耗部分表面積與磨耗高度成非線性變化關系，而與磨耗寬度成近似線性變化關系，磨耗寬度對磨耗部分表面積的影響相對更大，因此在實際檢修過程中需要重視磨耗高度的測量，盡量通過減小磨耗高度數(shù)值來達到減小磨耗表面積的目的；同時也應該關注磨耗寬度的數(shù)值，在允許的技術支持條件下盡量減小磨耗寬度，確保磨耗表面積在合適的范圍之內(nèi)。

圖4 磨耗部分表面積與磨耗寬度的關系

4 對地鐵接觸網(wǎng)檢規(guī)修改的建議

為了進一步規(guī)范地鐵接觸網(wǎng)檢修工作，國家制定了《接觸網(wǎng)運行檢修規(guī)程》（2012版及2013版）。當前很多單位以這兩個版本的檢修規(guī)程作為工作指導文件。總的看來，這兩個版本的接觸網(wǎng)運行檢修規(guī)程對接觸網(wǎng)導線磨耗情況的規(guī)定比較簡單，需要在實際應用過程中根據(jù)工作實際進行修訂。

4.1 需要補充智能檢測技術的相關內(nèi)容

當前智能化是時代發(fā)展的主體，尤其是各種智能檢測技術，實現(xiàn)了檢測手段的自動化，同時檢測結果更加精確。地鐵接觸網(wǎng)導線檢測經(jīng)常受到檢測空間的限制，很多時候無法使用大型設備進行檢測，智能化檢測設備相對比較精巧，能夠滿足空間狹小區(qū)域的使用需求；另外，很多時候需要進行無接觸檢測，智能檢測基于X射線等可以實現(xiàn)無接觸檢測，能夠彌補傳統(tǒng)檢測手段的不足。

4.2 需要推廣基于大數(shù)據(jù)的智能檢測數(shù)據(jù)分析技術

隨著檢測技術的進步，檢測數(shù)據(jù)量也會變大，并且相互變量之間的耦合關系逐漸加強，所以不能單純地分析某一個變量，需要將多個變量進行綜合分析，這無形中增加了數(shù)據(jù)分析的難度。進行檢規(guī)修改時，需要強調(diào)并推廣基于大數(shù)據(jù)的智能檢測數(shù)據(jù)分析技術，開發(fā)專用軟件進行數(shù)據(jù)在線分析與快速處理，實時給出分析結果，方便檢修人員第一時間做出判斷，提高應急處理能力。

5 結語

地鐵接觸網(wǎng)導線的安全穩(wěn)定直接關系到地鐵的運行狀態(tài)，因此在實際工作過程中需要加強對地鐵接觸網(wǎng)導線工作狀態(tài)的在線監(jiān)測。地鐵接觸網(wǎng)導線在實際使用過程中，會受到多種因素的影響，從而出現(xiàn)磨耗情況，如果監(jiān)測不到位或者處理不及時，很容易影響到地鐵系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。本文中，作者分析了地鐵接觸網(wǎng)導線磨耗的基本概念，在此基礎上對導線磨耗情況的計算方法進行了分析，得到了磨耗部分表面積與磨耗高度的關系以及磨耗部分表面積與磨耗寬度的關系變化，同時針對《接觸網(wǎng)運行檢修規(guī)程》（2012版及2013版）提出了修改建議，包括需要補充智能檢測技術的相關內(nèi)容并且需要推廣基于大數(shù)據(jù)的智能檢測數(shù)據(jù)分析技術，相關成果具有一定的可實施性，并且經(jīng)過工程實踐證明了其有效性，可為相關專業(yè)技術人員借鑒并提供理論指導。