北京地铁接触轨系统病害与防治

赵景义

（北京市地铁运营有限公司线路分公司，北京 100082）

0 引言

北京地铁接触轨系统作为轨道交通的重要组成部分，将电能连续不断地传输到地铁和城市轨道交通系统的电力牵引车辆，保障列车安全平稳不间断地运行。接触轨系统的正常工作是电客列车正常运行的必要条件之一。因此，做好接触轨系统的维修保养是十分重要的。

近年来北京地铁供电方式一直采用接触轨供电，总体而言，接触轨系统较为稳定，但随着北京地铁线路的延长，接触轨病害也不断地暴露出来。本文从工务专业的角度出发，针对钢铝复合接触轨及低碳钢接触轨出现的常见病害进行了分析并提出了预防措施，为接触轨的维修保养提供了宝贵的经验，对提高列车的行车安全性、延长车辆及接触轨部件的使用寿命等都具有重要意义。

1 北京地铁接触轨系统简介

北京地铁接触轨按材质分为低碳钢接触轨（见图1）和钢铝复合接触轨（见图2）。其中1 号线、2 号线、13 号线为低碳钢接触轨，2007年后开通的线路均为钢铝复合接触轨。

图1 低碳钢接触轨

图2 钢铝复合接触轨

钢铝复合接触轨和低碳钢接触轨均采用750V 直流供电系统供电。钢铝复合接触轨系统主要由钢铝复合轨(包括铝轨本体和不锈钢带)、膨胀接头、端部弯头等部件及绝缘支撑装置组成，复合轨由高导电性的铝和一层耐磨的不锈钢带机械复合而成，其安装在绝缘支架上，与木枕、混凝土轨枕相连。低碳钢接触轨主要特点是磨耗小、制作工艺成熟、价格较低，但伸缩性不大，由钢轨、普通接头、端部弯头及绝缘子组成，主要规格有DU48 型和JU52 型。

钢铝复合接触轨是不锈钢带与铝合金型材结合的接触轨，采用特殊的工艺将不锈钢带卡在铝合金型材上，使之不会脱落，由高导电性铝型材作为导电主体，由不锈钢带作为顶部耐磨表面，其主要技术参数如表1 所示。由于铝合金的热膨胀系数大于不锈钢，所以不锈钢带紧扣在铝合金型材上尤为重要，不能出现分层脱离的现象，并且必须始终保持铝合金型材与不锈钢带的良好导电率，同时须考虑不锈钢带与铝合金本体的电极电位及复合界面可能产生的电化学腐蚀。

表1 钢铝复合接触轨的主要技术参数

与传统的低碳钢接触轨相比，钢铝复合接触轨具有以下四个方面的优越性：

一是导电性能好、电流容量大。铝合金导电率为低碳钢导电率的3～4 倍，故钢铝复合接触轨的导电性能高于低碳钢接触轨。

二是重量轻，易安装。由于不锈钢带耐磨覆层较薄，而铝合金本体所占的体积相对大得多，故钢铝复合接触轨重量仅相当于相同截面低碳钢接触轨重量的一半以下，无须起重设备，而且容易弯曲，安装成本低。

三是耐腐蚀性、耐磨性好，使用寿命长。钢铝复合接触轨的滑动接触面多采用铬不锈钢，具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，从而可延长接触电轨与受电靴的寿命。

四是经济效益好。主要体现在：相同的运量下，采用钢铝复合接触轨所需的电压降及牵引能耗成比例下降，所需变电站、变压器等的布置可更远，容量可减小；钢铝复合接触轨重量轻、安装费用少、接触轨使用寿命长也可节省费用。

可见，与低碳钢接触轨相比，钢铝复合接触轨具有更多的优越性，其发展前景广阔，采用钢铝复合接触轨已成为一种必然趋势。

2 北京地铁接触轨病害分类

接触轨是将电能传输到地铁和城市轨道交通系统电力牵引车辆上的装置。它以钢轨的位置为基准，当轨道发生位移时，接触轨也要进行相应的调整，稳定性较差，易受外部因素干扰。因此，接触轨是线路设备较薄弱的设备之一。接触轨病害大致分为两类，一类为接触轨自身结构出现问题或几何参数不良造成，影响正常送电，钢铝复合接触轨系统常出现此类病害；另一类为外部因素干扰，产生电击伤，影响运营车辆供电稳定，低碳钢接触轨系统常出现此类病害。

3 钢铝复合接触轨系统病害及处理措施

钢铝复合接触轨系统病害主要有以下两种：

一是接触轨不锈钢带接触面的不均匀磨损。

原因分析：由于线路曲线较多，列车行驶速度不均匀，接触轨与走行轨几何参数偏差大，导致受流器与接触轨接触不均匀是造成接触轨不锈钢带接触面不均匀磨损的主要原因。

处理措施：参照走行轨检查接触轨的接触面。接触轨的中心与最近的走行轨内侧的水平距离应为700±5mm，垂直距离应为140±5mm。调整相关的支架。如果接触轨和受流器的角度不同，将会导致有效接触面减小，局部发生过热现象，并可能产生严重的电磨损。检查支架表面。如果损坏及时更换。

二是接触轨膨胀接头失效，致使接触轨防护板拉裂甚至塌落。

原因分析：上接触式接触轨采用整体绝缘支座支撑，通过绝缘支架上的卡爪固定，接触轨防护罩固定于绝缘支架上。在露天环境下，接触轨每75m 一个锚段，锚段中部根据线路具体情况安装1～3 组防爬器，随着外部环境温度的变化，接触轨内部会产生温度力。在温度力的作用下，锚段两端的接触轨会产生不同程度的伸缩变形，伸缩变形量会具体体现在膨胀接头轨缝的变化上。在正常情况下，锚段中部防爬器附近的接触轨内部温度力理论上应该是大小相等、方向相反的拉应力或压应力，合力为0。

由于膨胀接头失效，膨胀接头的轨缝不会随温度的变化而变化。接触轨锚段范围扩大，接触轨内部温度力重新分布。当温度力大于卡爪结构阻力或绝缘支座的结构阻力时，就会将卡爪或绝缘支座拉断，从而导致接触轨连同防护罩塌陷。

处理措施：加强对膨胀接头的日常保养，按照相关规范的要求调整膨胀接头螺栓扭力矩，确保膨胀接头能够灵活滑动，并保证膨胀接头初始滑动力在规范允许的范围内，以保证膨胀接头的正常使用。对于接触轨防护罩类病害（主要有受压应力膨胀变形或受拉应力拉断），其处理方法一般采取临时拆除防护罩，夜间停运后再安装恢复；对于接触轨塌落，发生垂向变形的处理方法，要根据变形数值的大小、受流器所受影响的具体程度来决定限速运行或停运抢修。

4 低碳钢接触轨系统病害及处理措施

接触轨拉弧是低碳钢接触轨常见的故障，其发生后将影响运营车辆的供电稳定性，易造成接触轨及轨连线电击伤。

原因分析：因接触轨轨面不平顺、有异物，或因轨连线部分出现各种原因造成的虚接，导致过流量不够，都容易引起受流器与接触轨间拉弧放电。另外，如有异物侵限距接触轨或走行轨过近，也容易导致过车时出现击穿放电现象。

处理措施：针对拉弧现象产生的不同原因，采取不同的处理措施。如因异物侵限引起，应首先及时清理异物，观察车辆运行正常后，抢险人员才可离开现场；如因轨面有污物、杂物，或因接触轨几何参数严重超限导致与受流器接触不良，或存在撞击受流器危险时，应及时请求停电，并立即处理；如因轨连线部分虚接引起，尚不致中断行车的，则派专人现场监护，待夜间停运后再处理。

5 新线接收时接触轨遗留问题

新线接收时接触轨遗留问题主要表现在接触轨设计不合理或未完全按照设计图纸施工，造成永久性缺陷。虽不会出现大问题，但增加了日常维护工作量。如地铁房山线接触轨绝缘支座安装问题，设计采用在道床上预埋尼龙套管，再用螺纹道钉旋入尼龙套管的方式安装，实际中未安装预埋件，而直接在道床上打孔安装膨胀螺栓进行固定，这样不仅降低了绝缘支座的牢固性，而且降低了接触轨系统的稳定性。尤其是地面线，膨胀螺栓经过风吹日晒雨淋，失效速度快，有的甚至坚持不了两年就要进行一次更换。而且下一次更换就要选用比上一次直径大的膨胀螺栓，以增强绝缘支座与轨枕的牢固程度。

6 接触轨病害预防措施

无论是钢铝复合接触轨还是低碳钢接触轨，发生病害均与日常保养不当和检查不到位有关。

一是除接触轨几何参数、连接零件检查外，应按维修规范要求对整个接触轨系统进行全面养护维修，做到细致、不漏项，低碳钢接触轨地段应特别注意轨连线的检查保养。

二是接触轨作为为电动车组提供电能的供电轨，如果几何参数超限，可能会引起受流器与之接触不良，影响供电稳定，超限严重还可能导致受流器撞击或顶翻接触轨，继而影响行车。因此，应保证接触轨轨距、水平、方向等几何参数符合技术标准，为车辆受流器提供连续、平滑的接触面，保证车辆正常供电及运行。

三是所有连接零件按要求紧固，避免因螺栓缺少、松动造成系统零部件松脱移位，导致侵限、连电等故障，危及行车安全。保证整个接触轨系统连接零件的齐全、完整、有效，为接触轨系统提供可靠的支撑。

四是接触轨出现错牙、大轨缝等，易冲击受流器，或产生拉弧现象。大轨缝除易造成撞击受流器或产生拉弧外，还易导致软铜复绞线过于紧绷，部分铜丝漏出或拉断。反之如果轨缝过小、瞎缝，容易导致软铜复绞线挤在一起，造成散股，个别软铜复绞线过长的，则过于松弛下垂，有异物时容易造成接地不良。因此，膨胀接头处除应保证连接件齐全有效外，应保证其伸缩活动性，并调整好轨缝使其控制在轨温要求的范围内，避免出现大轨缝及瞎缝。

五是由于电连接板焊于接触轨底，日常巡检时难于发现，在维修时，膨胀接头处应重点检查轨连线状态，保证各部件接触良好，满足正常供电要求。对于轨连线的检查应注意以下七点：

其一，检查U 形箍焊缝是否牢固，有无缺损；

其二，检查圆箍是否有老化现象；

其三，检查圆箍与软铜复绞线是否连接密实，有无开裂；

其四，检查软铜复绞线与U 形箍的连接，有无漏电现象；

其五，检查软铜复绞线的松弛程度；

其六，检查点连接板与接触轨轨底焊接是否牢固；

其七，注意检查清理接触轨周边的杂物。

六是钢铝复合接触轨膨胀接头安装施工时要制定稳妥的运输和安装方案，保证安装质量，不影响膨胀接头的使用功能。

七是钢铝复合接触轨膨胀接头的日常检查一定要到位，特别要注意接头划痕的检查，一旦发现无划痕或划痕较小，要及时安排整修。

八是对于新线接收时接触轨遗留问题，重点在新线接收时要认真检查，发现不按设计图纸施工的地方坚决要求建设单位进行整改，整改完毕后，按新线接收流程重新进行冷、热滑试验，合格后才能进入试运行考核阶段。

发生以下情况时，不予接收：试运行期间，接触轨几何参数严重超标且无法恢复时；由于其他原因造成接触轨不能正常使用；未按设计图纸施工或使用设计范围以外的材料给接触轨造成永久缺陷影响运营安全时。

7 结语

接触轨是轨道系统中较薄弱的设备之一，接触轨病害的发生与车辆动荷载是密不可分的，要保证接触轨系统正常工作就要加强日常检查和维修保养工作。不仅要从接触轨自身结构及材质上发现问题，还要考虑外部因素的影响。同时提醒我们在今后接收新线时要注意接触轨的施工质量及按图施工的重要性。

在今后的线路维修工作中要不断总结经验、积极学习、提高技能水平，有效地预防和治理接触轨病害，为地铁列车的正常运营提供设备安全保障。