北京地鐵接觸軌系統(tǒng)病害與防治

趙景義

（北京市地鐵運營有限公司線路分公司，北京 100082）

0 引言

北京地鐵接觸軌系統(tǒng)作為軌道交通的重要組成部分，將電能連續(xù)不斷地傳輸?shù)降罔F和城市軌道交通系統(tǒng)的電力牽引車輛，保障列車安全平穩(wěn)不間斷地運行。接觸軌系統(tǒng)的正常工作是電客列車正常運行的必要條件之一。因此，做好接觸軌系統(tǒng)的維修保養(yǎng)是十分重要的。

近年來北京地鐵供電方式一直采用接觸軌供電，總體而言，接觸軌系統(tǒng)較為穩(wěn)定，但隨著北京地鐵線路的延長，接觸軌病害也不斷地暴露出來。本文從工務(wù)專業(yè)的角度出發(fā)，針對鋼鋁復(fù)合接觸軌及低碳鋼接觸軌出現(xiàn)的常見病害進行了分析并提出了預(yù)防措施，為接觸軌的維修保養(yǎng)提供了寶貴的經(jīng)驗，對提高列車的行車安全性、延長車輛及接觸軌部件的使用壽命等都具有重要意義。

1 北京地鐵接觸軌系統(tǒng)簡介

北京地鐵接觸軌按材質(zhì)分為低碳鋼接觸軌（見圖1）和鋼鋁復(fù)合接觸軌（見圖2）。其中1 號線、2 號線、13 號線為低碳鋼接觸軌，2007年后開通的線路均為鋼鋁復(fù)合接觸軌。

圖1 低碳鋼接觸軌

圖2 鋼鋁復(fù)合接觸軌

鋼鋁復(fù)合接觸軌和低碳鋼接觸軌均采用750V 直流供電系統(tǒng)供電。鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)主要由鋼鋁復(fù)合軌(包括鋁軌本體和不銹鋼帶)、膨脹接頭、端部彎頭等部件及絕緣支撐裝置組成，復(fù)合軌由高導(dǎo)電性的鋁和一層耐磨的不銹鋼帶機械復(fù)合而成，其安裝在絕緣支架上，與木枕、混凝土軌枕相連。低碳鋼接觸軌主要特點是磨耗小、制作工藝成熟、價格較低，但伸縮性不大，由鋼軌、普通接頭、端部彎頭及絕緣子組成，主要規(guī)格有DU48 型和JU52 型。

鋼鋁復(fù)合接觸軌是不銹鋼帶與鋁合金型材結(jié)合的接觸軌，采用特殊的工藝將不銹鋼帶卡在鋁合金型材上，使之不會脫落，由高導(dǎo)電性鋁型材作為導(dǎo)電主體，由不銹鋼帶作為頂部耐磨表面，其主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。由于鋁合金的熱膨脹系數(shù)大于不銹鋼，所以不銹鋼帶緊扣在鋁合金型材上尤為重要，不能出現(xiàn)分層脫離的現(xiàn)象，并且必須始終保持鋁合金型材與不銹鋼帶的良好導(dǎo)電率，同時須考慮不銹鋼帶與鋁合金本體的電極電位及復(fù)合界面可能產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕。

表1 鋼鋁復(fù)合接觸軌的主要技術(shù)參數(shù)

與傳統(tǒng)的低碳鋼接觸軌相比，鋼鋁復(fù)合接觸軌具有以下四個方面的優(yōu)越性：

一是導(dǎo)電性能好、電流容量大。鋁合金導(dǎo)電率為低碳鋼導(dǎo)電率的3～4 倍，故鋼鋁復(fù)合接觸軌的導(dǎo)電性能高于低碳鋼接觸軌。

二是重量輕，易安裝。由于不銹鋼帶耐磨覆層較薄，而鋁合金本體所占的體積相對大得多，故鋼鋁復(fù)合接觸軌重量僅相當(dāng)于相同截面低碳鋼接觸軌重量的一半以下，無須起重設(shè)備，而且容易彎曲，安裝成本低。

三是耐腐蝕性、耐磨性好，使用壽命長。鋼鋁復(fù)合接觸軌的滑動接觸面多采用鉻不銹鋼，具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，從而可延長接觸電軌與受電靴的壽命。

四是經(jīng)濟效益好。主要體現(xiàn)在：相同的運量下，采用鋼鋁復(fù)合接觸軌所需的電壓降及牽引能耗成比例下降，所需變電站、變壓器等的布置可更遠，容量可減小；鋼鋁復(fù)合接觸軌重量輕、安裝費用少、接觸軌使用壽命長也可節(jié)省費用。

可見，與低碳鋼接觸軌相比，鋼鋁復(fù)合接觸軌具有更多的優(yōu)越性，其發(fā)展前景廣闊，采用鋼鋁復(fù)合接觸軌已成為一種必然趨勢。

2 北京地鐵接觸軌病害分類

接觸軌是將電能傳輸?shù)降罔F和城市軌道交通系統(tǒng)電力牽引車輛上的裝置。它以鋼軌的位置為基準，當(dāng)軌道發(fā)生位移時，接觸軌也要進行相應(yīng)的調(diào)整，穩(wěn)定性較差，易受外部因素干擾。因此，接觸軌是線路設(shè)備較薄弱的設(shè)備之一。接觸軌病害大致分為兩類，一類為接觸軌自身結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題或幾何參數(shù)不良造成，影響正常送電，鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)常出現(xiàn)此類病害；另一類為外部因素干擾，產(chǎn)生電擊傷，影響運營車輛供電穩(wěn)定，低碳鋼接觸軌系統(tǒng)常出現(xiàn)此類病害。

3 鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)病害及處理措施

鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)病害主要有以下兩種：

一是接觸軌不銹鋼帶接觸面的不均勻磨損。

原因分析：由于線路曲線較多，列車行駛速度不均勻，接觸軌與走行軌幾何參數(shù)偏差大，導(dǎo)致受流器與接觸軌接觸不均勻是造成接觸軌不銹鋼帶接觸面不均勻磨損的主要原因。

處理措施：參照走行軌檢查接觸軌的接觸面。接觸軌的中心與最近的走行軌內(nèi)側(cè)的水平距離應(yīng)為700±5mm，垂直距離應(yīng)為140±5mm。調(diào)整相關(guān)的支架。如果接觸軌和受流器的角度不同，將會導(dǎo)致有效接觸面減小，局部發(fā)生過熱現(xiàn)象，并可能產(chǎn)生嚴重的電磨損。檢查支架表面。如果損壞及時更換。

二是接觸軌膨脹接頭失效，致使接觸軌防護板拉裂甚至塌落。

原因分析：上接觸式接觸軌采用整體絕緣支座支撐，通過絕緣支架上的卡爪固定，接觸軌防護罩固定于絕緣支架上。在露天環(huán)境下，接觸軌每75m 一個錨段，錨段中部根據(jù)線路具體情況安裝1～3 組防爬器，隨著外部環(huán)境溫度的變化，接觸軌內(nèi)部會產(chǎn)生溫度力。在溫度力的作用下，錨段兩端的接觸軌會產(chǎn)生不同程度的伸縮變形，伸縮變形量會具體體現(xiàn)在膨脹接頭軌縫的變化上。在正常情況下，錨段中部防爬器附近的接觸軌內(nèi)部溫度力理論上應(yīng)該是大小相等、方向相反的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，合力為0。

由于膨脹接頭失效，膨脹接頭的軌縫不會隨溫度的變化而變化。接觸軌錨段范圍擴大，接觸軌內(nèi)部溫度力重新分布。當(dāng)溫度力大于卡爪結(jié)構(gòu)阻力或絕緣支座的結(jié)構(gòu)阻力時，就會將卡爪或絕緣支座拉斷，從而導(dǎo)致接觸軌連同防護罩塌陷。

處理措施：加強對膨脹接頭的日常保養(yǎng)，按照相關(guān)規(guī)范的要求調(diào)整膨脹接頭螺栓扭力矩，確保膨脹接頭能夠靈活滑動，并保證膨脹接頭初始滑動力在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，以保證膨脹接頭的正常使用。對于接觸軌防護罩類病害（主要有受壓應(yīng)力膨脹變形或受拉應(yīng)力拉斷），其處理方法一般采取臨時拆除防護罩，夜間停運后再安裝恢復(fù)；對于接觸軌塌落，發(fā)生垂向變形的處理方法，要根據(jù)變形數(shù)值的大小、受流器所受影響的具體程度來決定限速運行或停運搶修。

4 低碳鋼接觸軌系統(tǒng)病害及處理措施

接觸軌拉弧是低碳鋼接觸軌常見的故障，其發(fā)生后將影響運營車輛的供電穩(wěn)定性，易造成接觸軌及軌連線電擊傷。

原因分析：因接觸軌軌面不平順、有異物，或因軌連線部分出現(xiàn)各種原因造成的虛接，導(dǎo)致過流量不夠，都容易引起受流器與接觸軌間拉弧放電。另外，如有異物侵限距接觸軌或走行軌過近，也容易導(dǎo)致過車時出現(xiàn)擊穿放電現(xiàn)象。

處理措施：針對拉弧現(xiàn)象產(chǎn)生的不同原因，采取不同的處理措施。如因異物侵限引起，應(yīng)首先及時清理異物，觀察車輛運行正常后，搶險人員才可離開現(xiàn)場；如因軌面有污物、雜物，或因接觸軌幾何參數(shù)嚴重超限導(dǎo)致與受流器接觸不良，或存在撞擊受流器危險時，應(yīng)及時請求停電，并立即處理；如因軌連線部分虛接引起，尚不致中斷行車的，則派專人現(xiàn)場監(jiān)護，待夜間停運后再處理。

5 新線接收時接觸軌遺留問題

新線接收時接觸軌遺留問題主要表現(xiàn)在接觸軌設(shè)計不合理或未完全按照設(shè)計圖紙施工，造成永久性缺陷。雖不會出現(xiàn)大問題，但增加了日常維護工作量。如地鐵房山線接觸軌絕緣支座安裝問題，設(shè)計采用在道床上預(yù)埋尼龍?zhí)坠埽儆寐菁y道釘旋入尼龍?zhí)坠艿姆绞桨惭b，實際中未安裝預(yù)埋件，而直接在道床上打孔安裝膨脹螺栓進行固定，這樣不僅降低了絕緣支座的牢固性，而且降低了接觸軌系統(tǒng)的穩(wěn)定性。尤其是地面線，膨脹螺栓經(jīng)過風(fēng)吹日曬雨淋，失效速度快，有的甚至堅持不了兩年就要進行一次更換。而且下一次更換就要選用比上一次直徑大的膨脹螺栓，以增強絕緣支座與軌枕的牢固程度。

6 接觸軌病害預(yù)防措施

無論是鋼鋁復(fù)合接觸軌還是低碳鋼接觸軌，發(fā)生病害均與日常保養(yǎng)不當(dāng)和檢查不到位有關(guān)。

一是除接觸軌幾何參數(shù)、連接零件檢查外，應(yīng)按維修規(guī)范要求對整個接觸軌系統(tǒng)進行全面養(yǎng)護維修，做到細致、不漏項，低碳鋼接觸軌地段應(yīng)特別注意軌連線的檢查保養(yǎng)。

二是接觸軌作為為電動車組提供電能的供電軌，如果幾何參數(shù)超限，可能會引起受流器與之接觸不良，影響供電穩(wěn)定，超限嚴重還可能導(dǎo)致受流器撞擊或頂翻接觸軌，繼而影響行車。因此，應(yīng)保證接觸軌軌距、水平、方向等幾何參數(shù)符合技術(shù)標準，為車輛受流器提供連續(xù)、平滑的接觸面，保證車輛正常供電及運行。

三是所有連接零件按要求緊固，避免因螺栓缺少、松動造成系統(tǒng)零部件松脫移位，導(dǎo)致侵限、連電等故障，危及行車安全。保證整個接觸軌系統(tǒng)連接零件的齊全、完整、有效，為接觸軌系統(tǒng)提供可靠的支撐。

四是接觸軌出現(xiàn)錯牙、大軌縫等，易沖擊受流器，或產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。大軌縫除易造成撞擊受流器或產(chǎn)生拉弧外，還易導(dǎo)致軟銅復(fù)絞線過于緊繃，部分銅絲漏出或拉斷。反之如果軌縫過小、瞎縫，容易導(dǎo)致軟銅復(fù)絞線擠在一起，造成散股，個別軟銅復(fù)絞線過長的，則過于松弛下垂，有異物時容易造成接地不良。因此，膨脹接頭處除應(yīng)保證連接件齊全有效外，應(yīng)保證其伸縮活動性，并調(diào)整好軌縫使其控制在軌溫要求的范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)大軌縫及瞎縫。

五是由于電連接板焊于接觸軌底，日常巡檢時難于發(fā)現(xiàn)，在維修時，膨脹接頭處應(yīng)重點檢查軌連線狀態(tài)，保證各部件接觸良好，滿足正常供電要求。對于軌連線的檢查應(yīng)注意以下七點：

其一，檢查U 形箍焊縫是否牢固，有無缺損；

其二，檢查圓箍是否有老化現(xiàn)象；

其三，檢查圓箍與軟銅復(fù)絞線是否連接密實，有無開裂；

其四，檢查軟銅復(fù)絞線與U 形箍的連接，有無漏電現(xiàn)象；

其五，檢查軟銅復(fù)絞線的松弛程度；

其六，檢查點連接板與接觸軌軌底焊接是否牢固；

其七，注意檢查清理接觸軌周邊的雜物。

六是鋼鋁復(fù)合接觸軌膨脹接頭安裝施工時要制定穩(wěn)妥的運輸和安裝方案，保證安裝質(zhì)量，不影響膨脹接頭的使用功能。

七是鋼鋁復(fù)合接觸軌膨脹接頭的日常檢查一定要到位，特別要注意接頭劃痕的檢查，一旦發(fā)現(xiàn)無劃痕或劃痕較小，要及時安排整修。

八是對于新線接收時接觸軌遺留問題，重點在新線接收時要認真檢查，發(fā)現(xiàn)不按設(shè)計圖紙施工的地方堅決要求建設(shè)單位進行整改，整改完畢后，按新線接收流程重新進行冷、熱滑試驗，合格后才能進入試運行考核階段。

發(fā)生以下情況時，不予接收：試運行期間，接觸軌幾何參數(shù)嚴重超標且無法恢復(fù)時；由于其他原因造成接觸軌不能正常使用；未按設(shè)計圖紙施工或使用設(shè)計范圍以外的材料給接觸軌造成永久缺陷影響運營安全時。

7 結(jié)語

接觸軌是軌道系統(tǒng)中較薄弱的設(shè)備之一，接觸軌病害的發(fā)生與車輛動荷載是密不可分的，要保證接觸軌系統(tǒng)正常工作就要加強日常檢查和維修保養(yǎng)工作。不僅要從接觸軌自身結(jié)構(gòu)及材質(zhì)上發(fā)現(xiàn)問題，還要考慮外部因素的影響。同時提醒我們在今后接收新線時要注意接觸軌的施工質(zhì)量及按圖施工的重要性。

在今后的線路維修工作中要不斷總結(jié)經(jīng)驗、積極學(xué)習(xí)、提高技能水平，有效地預(yù)防和治理接觸軌病害，為地鐵列車的正常運營提供設(shè)備安全保障。