摘要：通过分析地铁架空刚性接触网结构特点和地铁车辆受电弓及车辆运行模式，指出刚性接触网平面布置形式对弓网关系影响严重，接触线磨耗分布不均匀现象普遍存在，并对其形成原因及影响进行分析。基于现有地铁线路接触网检测装置的局限性，研究开发了地铁运营车辆接触网检测系统，通过在地铁运营车辆加装专业检测装置，获取弓网运行特征参数，为不同线路的刚性接触网弓网系统的优化设计及运维策略的制定提供依据。
关键词：地铁；架空刚性接触网；弓网关系；磨耗分布；动态检测
1 引言
随着城市轨道交通线网的快速发展和运量的不断增加，交通部对地铁弓网的安全可靠运行及受流性能、受流质量提出了更高要求。为确保车辆运行时弓网关系处于良好状态，迫切需要研究开发适用于地铁架空刚性接触网的检测技术，一方面为刚性接触网的施工验收提供自动化检测手段，确保施工安装精度；另一方面为刚性接触网的运营维护提供有力的技术手段，及时检测发现和消除弓网异常状态。
2 接触网性能要求
不同类型、不同等级速度接触网在性能要求上有着不同侧重点。导电率、强度是高铁最重要的参考指标。刚性接触网和汇流排保持密切连接，其强度实际上并非最重要的要求。此外接触网系统载流运用汇流排，故主要克服的问题时提高接触线耐电烧蚀能力、耐磨性。铜铬锆合金属于新型产品，用热处理调制方式，获得不同组合的导电性能与强度。铜铬锆合金性能出众，相较于铜银合金这种接触线，其优点非常突出。
3 刚性接触网特点
（1）刚性悬挂的刚度较大、弹性较小，受电弓接触刚性悬挂引起的悬挂抬升量很小，弓网间的作用更多地体现为刚性作用，冲击能量难以被悬挂装置大幅吸收。因此，刚性悬挂的安装精度要求较高，应尽量控制刚性接触悬挂的接触线高度误差，尤其应注意控制锚段关节和线岔处两悬挂的高差。刚性架空接触网锚段关节由平行布置的两汇流排组成，沿线路纵向相互错开，采用无交叉线岔，并保证悬挂装置在垂直于钢轨平面方向可上下调节，使接触线高度尽可能一致。（2）对于刚性悬挂，由于弓网之间为刚性接触，受电弓滑板磨损较快且普遍存在不均匀磨耗，甚至出现滑板局部凹槽现象，使受电弓滑板的使用寿命大幅缩短。当不均匀磨耗的滑板通过锚段关节、分段绝缘器等接触网设备时，受电弓滑板凹槽将与设备发生横向碰撞，进一步恶化弓网关系。刚性接触网拉出值布置是造成受电弓滑板磨耗不均匀的重要原因。与柔性接触网相比，刚性接触网的锚段和跨距都较小，锚段长度一般不超过250m。研究表明：刚性接触网按正弦波形布置拉出值，受电弓滑板经长期运行后其上表面整体呈“W”型，滑板两侧磨耗较大；接触线拉出值按“V”形布置，受电弓滑板经长期运行后其上表面整体呈“V”型，受电弓滑板中心附近磨耗较大。（3）由于刚性悬挂的弓网接触为刚性接触，为了保证受电弓可靠取流，其静态接触力大于柔性接触网的静态接触力。同时，在动态运行条件下刚性接触网设施的弓网相互作用较柔性接触网设施的弓网相互作用更为剧烈，在汇流排中间接头、膨胀元件、锚段关节、刚柔过渡处等容易产生硬点。
4 地铁刚性接触网检测技术
4.1 接触网几何参数检测技术
接触网几何参数检测技术的检测项目包括：接触线高度、接触线拉出值和接触线相对位置。结合刚性接触网结构特点和对几何参数测量精度的要求，研究采用基于激光相位法测距的接触网几何参数检测技术。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆借助安装于车顶的激光测量传感器向接触线所在位置进行大角度高频扇形扫描，对传感器返回的角度α和距离d等空间位置信息进行实时接收处理，并结合传感器的安装位置和车体高度等信息进行接触线几何参数的实时计算和处理，同时进行车体振动位移补偿信号的处理、计算，将计算出的补偿距离进行叠加，完成接触网几何参数的测量。基于激光测距的测量方法原理简单直接，设备比较集约，车顶占用空间小，不需要额外照明，在没有雨雪等特殊天气条件下，可以不分昼夜进行测量，维护相对容易。
4.2 检测装置
目前，地铁线路接触网检测装置主要包括：接触网激光测量仪、接触网检测车和车载弓网检测装置，用于日常刚性接触网运行维护。现有接触网检测装置无法满足架空刚性接触网弓网系统运行特征的测量要求，需要设计专门的检测装置。由于刚性接触网弓网系统运行特征可通过现场试验测量获取。检测装置由几何参数检测子系统和弓网动态作用参数检测子系统以及数据集成处理系统组成。其关键检测组件包括：高速激光相位扫描仪、二维接触压力传感器、硬点传感器、导高传感器、接触网电压传感器、火花传感器以及高压侧信号采集处理装置、光信号隔离传输装置、供电隔离变压器等。具有检测项目齐全、测量精度高、模块化、集成度高、便于拆装等特点，满足120km/h检测速度要求。能够满足地铁弓网系统运行特征测量要求。该装置已在国内多条地铁线路运用检测，为地铁刚性悬挂弓网系统的优化提供了有力的技术和装备支撑。
4.3 耐电烧蚀性
事实上铜铬锆合金这种材料本身的耐电烧蚀能力与抗高温软化水平是要更好的。在加工铜铬锆合金的过程中，利用超过600摄氏度的热处理技术，面对600摄氏度以下的条件，表现出非常良好、稳定的性能。铜铬锆合金抗高温软化水平强，面对高温环境，强度突出，而这能够极大地提升抗电烧蚀水平。铜银合金不具备这样的素质，只能在300摄氏度的条件下保持相对稳定的能力。铜铬锆合金不同型号接触线和铜银接触线在300摄氏度和400摄氏度环境下的抗拉强度比较。在面对300摄氏度的软化试验环境，铜银合金此时只能保持原有90%的强度，事实上此时的铜银合金在强度方面已经降低了15%的比例。铜铬锆合金强度实际降低4%，此时的铜铬锆合金在指标上仍旧超出要求。在温度提升到400摄氏度以后，此时的铜银合金在强度方面甚至已经来到了54%，此时的铜铬锆合金却能够保持在90%的强度。高温拉断试验所用条件为，用相同温度环境做长达2小时的软化，随后将样品升温到相应温度做拉断。不同于普通软化的是，这一过程为高温环境操作，能够呈现真实的接触线工况。
5 结束语
在刚性接触网结构与地铁车辆及其行车组织等特征的共同作用下，地铁架空刚性接触网平面布置形式对弓网关系影响严重，接触线磨耗分布不均匀现象普遍存在，给弓网系统安全可靠运行及运维带来一定压力。本文提出在地铁运营车辆加装专业检测装置，更全面地获取刚性接触网弓网系统动态运行参数，实现对不同线路运行特征的获取，为刚性接触网弓网系统的优化设计及运维策略的制定提供依据。
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论文作者:李庆龙
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/5
标签：刚性论文; 合金论文; 地铁论文; 磨耗论文; 装置论文; 滑板论文; 摄氏度论文; 《中国电业》2019年第13期论文;