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摘要：刚性接触网是一种工程造价低、安全可靠的供电方式,广泛应用于国内外地铁领域。本文分析了刚性悬挂接触网特点，并就深圳地铁环中线运营一段时间后刚性接触网重点磨耗部位及原因进行了深入的探讨，具有一定的参考价值。
关键词：地铁；刚性接触网；磨耗分析
Abstract: the rigid catenary is a kind of engineering cost low, safe and reliable power supply methods widely used in the field at home and abroad. This paper analyzes the characteristics of rigid suspension overhead contact system, and to shenzhen environmental center line operation after a period of rigid catenary key abrasion and the reasons for the parts thoroughly discussed, to have the certain reference value.
Key words: the subway; Rigid catenary; Abrasion analysis
中图分类号：U231+.3文献标识码：A 文章编号：
1. 前言
现代架空刚性接触网在地铁已有30多年的发展历史，而在铁路的特殊区段（低净空隧道、桥梁等）的应用则更早。刚性接触网是一种工程造价低、安全可靠、无或少维修的供电方式,法国、西班牙、瑞士、日本、韩国等国家地铁在应用，地铁刚性接触网有瑞士FF公司的“Π”形悬挂和日本“Τ”悬挂（主要是汇流排的形状）。目前已在我国广州、南京、上海、深圳等地铁上应用，普遍使用“Π”形悬挂。
接触线异常磨耗的问题是刚性接触网常见问题之一，以深圳地铁环中线接触网系统为例，自2011年6月试运营以来，就已经在锚段关节处、中间接头处、悬挂点处、曲线地点等部位发现出现严重磨耗问题，对运营安全产生了一定影响。
2. 刚性悬挂接触网特点
（1）结构简单、施工方便、造价低
刚性悬挂汇流排下嵌入传统柔性悬挂接触导线后,即等同于柔性悬挂承力索、接触导线和架空馈电线的作用,因此刚性悬挂的结构形式相对于传统的柔性悬挂接触网来讲简单、紧凑方便。
（2）安全可靠、易于维护
刚性悬挂接触网处于无张力自然悬挂状态,依靠铝合金汇流排的刚性来保持接触导线的位置恒定,悬挂结构变得更加简单,节约了有限的隧道空间。由于刚性悬挂接触网不存在张力作用,完全消除了突发断线之忧。而且, 日常维护和事故抢修工作量比柔性接触系统要少得多,事故平均恢复时间较柔性悬挂短得多,所有刚性悬挂提高了运营的安全可靠性。
（3）形式特殊、要求较高
刚性悬挂采用硬质铝合金材质,施工过程中的小失误都可能造成永久性缺陷,造成汇流排永久变形,有可能在锚段中间形成无法修正的缺陷,它不可能像柔性悬挂那样可以通过系统本身的匹配关系进行弥补。
（4）灵活方便、性能优良
刚性接触网可根据需要,在特殊的地方设计为可移动的形式。如在地铁车辆段检修库、隧道段人防门、防淹门等地方,在需要检修或关闭人防门、防淹门时移去上部刚性悬挂,待检修完成或打开人防门、防淹门后再移回这部分刚性悬挂,恢复正常工作状态,这一特点的优越性显而易见。
3. 地铁刚性接触网重点磨耗
环中线地铁列车的时速为80km/h，属于国内一般标准。在列车运行过程中，受电弓靠滑动接触而收取电流。这就要求受电弓滑板与接触网导线可靠接触且磨耗小，滑板运行中在有效范围内与导线滑动接触。受电弓在工作高度范围内与接触网的接触压力大小不变，变化适中。但现场环境、安装工艺以及设备状态对接触压力会产生不同程度的影响，造成了局部重点磨耗。
（1）锚段关节的重点磨耗
锚段关节的磨耗相对比较严重，也是整个环中线最普遍发生重点磨耗的部位。当绝缘锚段关节处于列车加速区段时,磨耗现象非常明显。列车加速度大,取流较大,造成电气磨耗较重。通常线面有放电拉弧痕迹,而且加速过程中,弓网关系处于波动状态,冲击力及接触压力都不是稳定的,受电弓完成由接触单支悬挂到接触双支悬挂的过程中接触压力变大,造成机械磨耗增大。同时，工作支与非工作支的高差也影响导线的磨耗，非支抬升过高或过低，都会造成不同程度的电气或机械磨耗。（如图一所示）
图一 锚段关节的重点磨耗
（2）汇流排中间接头
在实际运行中发现,汇流排中间接头处也出现磨耗相对较大的情况,这是由于中间接头处距离定位点较远，且刚性悬挂无抬升量，受电弓的接触压力和冲击力无法缓解，造成整个悬挂不断处于振动状态，其结果是最后所有的振动能量逐渐“消化”在刚性悬挂系统中，造成整个悬挂系统零部件松动，接头两端的汇流排下垂使该处导高过低甚至出现硬点而造成的,主要是机械磨耗。例如前海湾站上行线LC007--LC009定位的跨中处（如图二所示），由于导线高度低于标准的4040mm，且超过±10mm的误差范围，导致出现重点磨耗。
图二 中间接头处的重点磨耗
（3）曲线段、减振道床磨耗严重
磨耗现象按照线路及道床不同的类型结构来区分,一般情况为曲线段较直线段磨耗大,减振道床比整体道床磨耗情况严重,坡道较直线平道磨耗大。在五和站-坂田站上行线，检修人员就发现了约为2m长的重点磨耗区段。该区段为列车出站加速区段，且为曲线段，汇流排没有与轨面完全水平，有一定角度。使接触线不仅有重点磨耗，且出现了偏磨的情况，曲外侧磨损较大。如图三所示，游标卡尺所指的部分偏磨相对严重。
图三 曲线段的接触线偏磨
（4）弓网关系不良
地铁的弓网关系，对受电弓与接触网的磨耗均有影响。通常要求碳滑板硬度适中、导电性能好、接触电阻较小、重量轻，以保证导线滑动过程中同时具有较小的磨耗。经对受电弓进行检查后发现，碳滑板的磨耗不是均匀分布的,而是集中到几个部位。每条碳滑板在距离中心点约200 mm范围内各形成2个较深凹槽，凹凸表面高度差较大，存在不均匀磨耗的碳滑板由于圆弧过渡不平滑，造成弓网接触不良，列车运行时打火、拉弧现象明显，碳滑板磨耗加剧且存在明显烧伤现象。（如图四）这主要和刚性接触悬挂的安装有关,按照设计标准,每个锚段应该呈正弦曲线分布,最大的拉出值不超过200mm,但刚性汇流排不像柔性那样可以完全布置成“之”字形，这样就造成了刚性接触悬挂的拉出值分布较为集中。（拉出值分布如图五）
图四 受电弓碳滑板的严重磨耗
图五 环中线拉出值分布图
（4）接触线不完全落槽或脱槽
由于前期施工质量原因，出现较多接触线未完全安入汇流排卡槽中或脱槽的情况，这种情况直接造成接触线磨耗异常。由于环中线所采用的接触线为120mm2银铜合金导线，与受电弓接触面相对较小，会加快磨耗程度，并且环中线正线部分区段水患较为严重，隧道漏水会对接触网悬挂部分的底座、汇流排、接触导线等产生各种腐蚀及水垢，导致接触导线表面不光滑，也在一定程度上加重了磨耗。
图六 接触线不落槽造成的磨耗
4.后续磨耗改善措施及建议
刚性接触网的重点磨耗情况较为普遍，如何改善这种情况也是重要的运营维护工作。目前，深圳地铁环中线接触网专业人员，针对锚段关节、曲线段悬挂点等磨耗较为严重的部位，结合现场实际情况，按照相关检修标准进行了调整。对磨耗严重、有明显拉弧烧伤痕迹的跨中汇流排接头处进行接触网设备冗余改造，加装定位，确保跨中接触导线高度及弛度，保证受电弓沿接触线做水平直线滑行运动。
对于其他改善磨耗问题的措施，建议选用纯碳滑板替代浸金属碳滑板，并提高碳滑板打磨標准，加密碳滑板打磨周期；适度减小受电弓抬升力，并上线试验；对接触线磨耗异常的锚段（区间），建议试更换为150mm2截面的接触线，对其运行状态进行重点观察分析。可以学习广州地铁接触网专业人员所采用的“刚性接触网接触线局部换线”技术，对磨耗范围较小的接触线进行换线处理。
5.结论
刚性接触悬挂作为一种新技术，第一次应用在深圳地铁轨道二期工程项目（环中线、蛇口线）中，专业人员对该类系统设备的维护经验还稍显不足，仍在不断地探索和总结之中。这需要不断深入学习相关的业务知识，增强与国内外地铁同行的交流与学习，提高对接触网局部磨耗严重等缺陷隐患的处理措施及水平，使刚性接触网系统更加稳定，为城市地铁的安全运营提供更加优质的服务。
参考文献：
[1] 赵正路. 改善刚柔过渡区域弓网关系的探讨[J]. 电气化铁道 , 2006,(06)
[2] 骆志勇. 刚性接触网在运营中出现的问题及解决方案[J]. 都市快轨交通 , 2006,(04)[3] 谭冬华. 广州地铁2号线接触网的特点及其维护检修[J]. 都市快轨交通 , 2003,(05)[4] 梁养熹. 积极开发和采用地铁架空刚性接触网[J]. 城市轨道交通研究 , 1999,(02)[5] 杨兴山. 刚性接触网简介[J]. 都市快轨交通 , 1992,(03)[6] 骆志勇. 刚性接触网动态检测技术[J]. 都市快轨交通 , 2005,(02)
关键词：地铁；刚性接触网；磨耗分析
Abstract: the rigid catenary is a kind of engineering cost low, safe and reliable power supply methods widely used in the field at home and abroad. This paper analyzes the characteristics of rigid suspension overhead contact system, and to shenzhen environmental center line operation after a period of rigid catenary key abrasion and the reasons for the parts thoroughly discussed, to have the certain reference value.
Key words: the subway; Rigid catenary; Abrasion analysis
中图分类号：U231+.3文献标识码：A 文章编号：
1. 前言
现代架空刚性接触网在地铁已有30多年的发展历史，而在铁路的特殊区段（低净空隧道、桥梁等）的应用则更早。刚性接触网是一种工程造价低、安全可靠、无或少维修的供电方式,法国、西班牙、瑞士、日本、韩国等国家地铁在应用，地铁刚性接触网有瑞士FF公司的“Π”形悬挂和日本“Τ”悬挂（主要是汇流排的形状）。目前已在我国广州、南京、上海、深圳等地铁上应用，普遍使用“Π”形悬挂。
接触线异常磨耗的问题是刚性接触网常见问题之一，以深圳地铁环中线接触网系统为例，自2011年6月试运营以来，就已经在锚段关节处、中间接头处、悬挂点处、曲线地点等部位发现出现严重磨耗问题，对运营安全产生了一定影响。
2. 刚性悬挂接触网特点
（1）结构简单、施工方便、造价低
刚性悬挂汇流排下嵌入传统柔性悬挂接触导线后,即等同于柔性悬挂承力索、接触导线和架空馈电线的作用,因此刚性悬挂的结构形式相对于传统的柔性悬挂接触网来讲简单、紧凑方便。
（2）安全可靠、易于维护
刚性悬挂接触网处于无张力自然悬挂状态,依靠铝合金汇流排的刚性来保持接触导线的位置恒定,悬挂结构变得更加简单,节约了有限的隧道空间。由于刚性悬挂接触网不存在张力作用,完全消除了突发断线之忧。而且, 日常维护和事故抢修工作量比柔性接触系统要少得多,事故平均恢复时间较柔性悬挂短得多,所有刚性悬挂提高了运营的安全可靠性。
（3）形式特殊、要求较高
刚性悬挂采用硬质铝合金材质,施工过程中的小失误都可能造成永久性缺陷,造成汇流排永久变形,有可能在锚段中间形成无法修正的缺陷,它不可能像柔性悬挂那样可以通过系统本身的匹配关系进行弥补。
（4）灵活方便、性能优良
刚性接触网可根据需要,在特殊的地方设计为可移动的形式。如在地铁车辆段检修库、隧道段人防门、防淹门等地方,在需要检修或关闭人防门、防淹门时移去上部刚性悬挂,待检修完成或打开人防门、防淹门后再移回这部分刚性悬挂,恢复正常工作状态,这一特点的优越性显而易见。
3. 地铁刚性接触网重点磨耗
环中线地铁列车的时速为80km/h，属于国内一般标准。在列车运行过程中，受电弓靠滑动接触而收取电流。这就要求受电弓滑板与接触网导线可靠接触且磨耗小，滑板运行中在有效范围内与导线滑动接触。受电弓在工作高度范围内与接触网的接触压力大小不变，变化适中。但现场环境、安装工艺以及设备状态对接触压力会产生不同程度的影响，造成了局部重点磨耗。
（1）锚段关节的重点磨耗
锚段关节的磨耗相对比较严重，也是整个环中线最普遍发生重点磨耗的部位。当绝缘锚段关节处于列车加速区段时,磨耗现象非常明显。列车加速度大,取流较大,造成电气磨耗较重。通常线面有放电拉弧痕迹,而且加速过程中,弓网关系处于波动状态,冲击力及接触压力都不是稳定的,受电弓完成由接触单支悬挂到接触双支悬挂的过程中接触压力变大,造成机械磨耗增大。同时，工作支与非工作支的高差也影响导线的磨耗，非支抬升过高或过低，都会造成不同程度的电气或机械磨耗。（如图一所示）
图一 锚段关节的重点磨耗
（2）汇流排中间接头
在实际运行中发现,汇流排中间接头处也出现磨耗相对较大的情况,这是由于中间接头处距离定位点较远，且刚性悬挂无抬升量，受电弓的接触压力和冲击力无法缓解，造成整个悬挂不断处于振动状态，其结果是最后所有的振动能量逐渐“消化”在刚性悬挂系统中，造成整个悬挂系统零部件松动，接头两端的汇流排下垂使该处导高过低甚至出现硬点而造成的,主要是机械磨耗。例如前海湾站上行线LC007--LC009定位的跨中处（如图二所示），由于导线高度低于标准的4040mm，且超过±10mm的误差范围，导致出现重点磨耗。
图二 中间接头处的重点磨耗
（3）曲线段、减振道床磨耗严重
磨耗现象按照线路及道床不同的类型结构来区分,一般情况为曲线段较直线段磨耗大,减振道床比整体道床磨耗情况严重,坡道较直线平道磨耗大。在五和站-坂田站上行线，检修人员就发现了约为2m长的重点磨耗区段。该区段为列车出站加速区段，且为曲线段，汇流排没有与轨面完全水平，有一定角度。使接触线不仅有重点磨耗，且出现了偏磨的情况，曲外侧磨损较大。如图三所示，游标卡尺所指的部分偏磨相对严重。
图三 曲线段的接触线偏磨
（4）弓网关系不良
地铁的弓网关系，对受电弓与接触网的磨耗均有影响。通常要求碳滑板硬度适中、导电性能好、接触电阻较小、重量轻，以保证导线滑动过程中同时具有较小的磨耗。经对受电弓进行检查后发现，碳滑板的磨耗不是均匀分布的,而是集中到几个部位。每条碳滑板在距离中心点约200 mm范围内各形成2个较深凹槽，凹凸表面高度差较大，存在不均匀磨耗的碳滑板由于圆弧过渡不平滑，造成弓网接触不良，列车运行时打火、拉弧现象明显，碳滑板磨耗加剧且存在明显烧伤现象。（如图四）这主要和刚性接触悬挂的安装有关,按照设计标准,每个锚段应该呈正弦曲线分布,最大的拉出值不超过200mm,但刚性汇流排不像柔性那样可以完全布置成“之”字形，这样就造成了刚性接触悬挂的拉出值分布较为集中。（拉出值分布如图五）
图四 受电弓碳滑板的严重磨耗
图五 环中线拉出值分布图
（4）接触线不完全落槽或脱槽
由于前期施工质量原因，出现较多接触线未完全安入汇流排卡槽中或脱槽的情况，这种情况直接造成接触线磨耗异常。由于环中线所采用的接触线为120mm2银铜合金导线，与受电弓接触面相对较小，会加快磨耗程度，并且环中线正线部分区段水患较为严重，隧道漏水会对接触网悬挂部分的底座、汇流排、接触导线等产生各种腐蚀及水垢，导致接触导线表面不光滑，也在一定程度上加重了磨耗。
图六 接触线不落槽造成的磨耗
4.后续磨耗改善措施及建议
刚性接触网的重点磨耗情况较为普遍，如何改善这种情况也是重要的运营维护工作。目前，深圳地铁环中线接触网专业人员，针对锚段关节、曲线段悬挂点等磨耗较为严重的部位，结合现场实际情况，按照相关检修标准进行了调整。对磨耗严重、有明显拉弧烧伤痕迹的跨中汇流排接头处进行接触网设备冗余改造，加装定位，确保跨中接触导线高度及弛度，保证受电弓沿接触线做水平直线滑行运动。
对于其他改善磨耗问题的措施，建议选用纯碳滑板替代浸金属碳滑板，并提高碳滑板打磨標准，加密碳滑板打磨周期；适度减小受电弓抬升力，并上线试验；对接触线磨耗异常的锚段（区间），建议试更换为150mm2截面的接触线，对其运行状态进行重点观察分析。可以学习广州地铁接触网专业人员所采用的“刚性接触网接触线局部换线”技术，对磨耗范围较小的接触线进行换线处理。
5.结论
刚性接触悬挂作为一种新技术，第一次应用在深圳地铁轨道二期工程项目（环中线、蛇口线）中，专业人员对该类系统设备的维护经验还稍显不足，仍在不断地探索和总结之中。这需要不断深入学习相关的业务知识，增强与国内外地铁同行的交流与学习，提高对接触网局部磨耗严重等缺陷隐患的处理措施及水平，使刚性接触网系统更加稳定，为城市地铁的安全运营提供更加优质的服务。
参考文献：
[1] 赵正路. 改善刚柔过渡区域弓网关系的探讨[J]. 电气化铁道 , 2006,(06)
[2] 骆志勇. 刚性接触网在运营中出现的问题及解决方案[J]. 都市快轨交通 , 2006,(04)[3] 谭冬华. 广州地铁2号线接触网的特点及其维护检修[J]. 都市快轨交通 , 2003,(05)[4] 梁养熹. 积极开发和采用地铁架空刚性接触网[J]. 城市轨道交通研究 , 1999,(02)[5] 杨兴山. 刚性接触网简介[J]. 都市快轨交通 , 1992,(03)[6] 骆志勇. 刚性接触网动态检测技术[J]. 都市快轨交通 , 2005,(02)