浅谈地铁接触网导线磨耗分析及检规修改建议

张向红

（中国铁建电气化局集团第二工程有限公司）

1 引言

地铁具有便捷运输、大运力、无障碍等特点，因此在城市交通发展规划中占有重要位置[1]。当前，地铁覆盖里程成为了评价一个城市发展水平的重要标志，我国很多大中城市、省会城市都修建了地铁，有效缓解了交通压力，提高了人们的生活便捷性。在使用过程中，需要加强线路检修及运维水平，这样才能确保地铁始终处于安全稳定的运行状态，避免交通事故或其他各类安全事故的发生[2]。地铁系统由车辆、接触网、测量装置、控制设备等组成，其中接触网承担着车辆与外界的直接连接，因此其安全稳定性至关重要。作为接触网设备核心部分的接触导线，与地铁车辆受电弓直接进行耦合，在工作过程中既要满足接触悬挂张力的要求，又要考虑导线的载流量是否在预设范围之内，因此需要重点进行关注。地铁接触网导线磨耗量是导线的一个重要参数，受到多种因素的影响，只有将磨耗量控制在一定范围内，才能确保接触网导线电阻和载流量满足使用要求，向车辆传输足够的动力电流满足运行需求。本文中，作者分析了地铁接触网导线磨耗的相关定义，提出了磨耗量的智能化计算方法，在此基础上提出了接触网导线磨耗判断标准及检规修改建议，具有一定的参考价值。

2 地铁接触网导线磨耗相关定义

在实际工作中，磨耗现象是不可避免的。地铁接触网导线在运行过程中，会受到受电弓的相对摩擦，在这一作用过程中导线表面会产生磨损，同时由于工作时间的累积和潮湿、阴暗工作环境等因素的共同作用，导线表面会出现腐蚀等物理现象，在磨损和腐蚀等的共同作用下导线变细或锈蚀，引起的变化统称为磨耗。引起地铁接触网导线磨耗的原因较多，归纳起来主要有以下几项：受电弓碳滑板的机械摩擦，接触线与滑板间的电气腐蚀，接触线氧化，接触线化学腐蚀等。

地铁接触网导线在出现磨耗后，载流量会下降，同时会影响到运行安全。对于由铜及铜合金制作的接触线，在使用过程中安全系数与接触线最大允许磨耗面积具有直接关系（见图1）。

图1 安全系数与接触线最大允许磨耗面积关系

图1中，横坐标表示接触线最大允许磨耗面积，纵坐标表示安全系数的量化值。红色虚线表示安全阈值，超过该值表示地铁在运行过程中安全性将得不到保证；蓝色虚线表示变化趋势。由上图可知，当接触线最大允许磨耗面积达到35%时，安全系数达到临界阈值，此时需要采取安全措施抑制磨耗面积的增加，否则依据变化趋势可以看出，安全系数很容易超过临界阈值，从而出现安全事故。

3 地铁接触线磨耗计算方法

在对地铁线路进行运行维护或者检修过程中，需要对接触线磨耗情况进行定期观察和精确测量，一旦发现超过临界值的情况，需要及时采取措施进行补救[3]。

3.1 接触线磨耗情况计算图例

图2中，阴影部分即为接触线磨耗情况示意，需要在测量过程中进行计算。

图2 地铁接触线磨耗情况示意

接触线标准半径为R，约为12.9/2=6.45mm，接触线采用CTA120铜银接触线，假设接触线磨耗损失部分宽度为h，则根据现行标准并对照图1中安全系数与接触线最大允许磨耗面积关系，制定以下补救措施（见表1）。

表1 接触线磨耗情况与补救措施

3.2 接触线磨耗情况测量方法

在巡检过程中，发现接触线出现磨耗情况时，应及时进行检查和修补。对于图1所示的情况，接触线的线径R是已知的，如果用游标卡尺测量出了图中所示的a值之后，就可以计算出磨损高度h=2R-a；另外，根据经验公式，可以计算出磨损宽度y=sqrt(R^2-(h/2)^2)。据此可以近似求出表面积：

式中：S为接触线磨耗部分的表面积。

3.3 接触线磨耗情况分析

在实际工作中，针对地铁线路接触网导线，可以计算出磨耗部分表面积与磨耗高度及磨耗宽度的经验曲线（见图3-4）。

图3 磨耗部分表面积与磨耗高度的关系

从图3和图4可以看出，磨耗部分表面积与磨耗高度成非线性变化关系，而与磨耗宽度成近似线性变化关系，磨耗宽度对磨耗部分表面积的影响相对更大，因此在实际检修过程中需要重视磨耗高度的测量，尽量通过减小磨耗高度数值来达到减小磨耗表面积的目的；同时也应该关注磨耗宽度的数值，在允许的技术支持条件下尽量减小磨耗宽度，确保磨耗表面积在合适的范围之内。

图4 磨耗部分表面积与磨耗宽度的关系

4 对地铁接触网检规修改的建议

为了进一步规范地铁接触网检修工作，国家制定了《接触网运行检修规程》（2012版及2013版）。当前很多单位以这两个版本的检修规程作为工作指导文件。总的看来，这两个版本的接触网运行检修规程对接触网导线磨耗情况的规定比较简单，需要在实际应用过程中根据工作实际进行修订。

4.1 需要补充智能检测技术的相关内容

当前智能化是时代发展的主体，尤其是各种智能检测技术，实现了检测手段的自动化，同时检测结果更加精确。地铁接触网导线检测经常受到检测空间的限制，很多时候无法使用大型设备进行检测，智能化检测设备相对比较精巧，能够满足空间狭小区域的使用需求；另外，很多时候需要进行无接触检测，智能检测基于X射线等可以实现无接触检测，能够弥补传统检测手段的不足。

4.2 需要推广基于大数据的智能检测数据分析技术

随着检测技术的进步，检测数据量也会变大，并且相互变量之间的耦合关系逐渐加强，所以不能单纯地分析某一个变量，需要将多个变量进行综合分析，这无形中增加了数据分析的难度。进行检规修改时，需要强调并推广基于大数据的智能检测数据分析技术，开发专用软件进行数据在线分析与快速处理，实时给出分析结果，方便检修人员第一时间做出判断，提高应急处理能力。

5 结语

地铁接触网导线的安全稳定直接关系到地铁的运行状态，因此在实际工作过程中需要加强对地铁接触网导线工作状态的在线监测。地铁接触网导线在实际使用过程中，会受到多种因素的影响，从而出现磨耗情况，如果监测不到位或者处理不及时，很容易影响到地铁系统的安全稳定运行。本文中，作者分析了地铁接触网导线磨耗的基本概念，在此基础上对导线磨耗情况的计算方法进行了分析，得到了磨耗部分表面积与磨耗高度的关系以及磨耗部分表面积与磨耗宽度的关系变化，同时针对《接触网运行检修规程》（2012版及2013版）提出了修改建议，包括需要补充智能检测技术的相关内容并且需要推广基于大数据的智能检测数据分析技术，相关成果具有一定的可实施性，并且经过工程实践证明了其有效性，可为相关专业技术人员借鉴并提供理论指导。