浅谈电客车受电弓碳滑板缺块及贯穿性裂纹原因分析与应对措施

　　摘 要：长沙地铁 6号线跑图期间，电客车受电弓碳滑板频繁出现缺块甚至贯穿性裂纹故障，严重影响列车运行安全与弓网系统使用寿命。本文结合现场故障现象、设备安装工艺及验收数据，从接触网硬点、导高偏差两大核心维度系统分析故障成因，针对性提出接触网参数调整方案与全流程管控措施。实践表明，该措施实施后有效提升了弓网关系优良率，降低了弓网故障发生率，可为同类城市轨道交通线路的弓网系统运维与故障预防提供参考。

　　关键词：城市轨道交通;刚性接触网;受电弓碳滑板;锚段关节;硬点;导高偏差

　　Abstract: During the trial operation of Changsha Metro Line 6, pantograph carbon slide plates of electric passenger cars frequently suffered from chipping and even through cracks, which seriously affected train operation safety and the service life of the pantograph-catenary system. Combined with on-site fault phenomena, equipment installation processes and acceptance data, this paper systematically analyzes the fault causes from two core dimensions: catenary hard spots and contact wire height deviation, and proposes targeted catenary parameter adjustment schemes and full-process control measures. Practice shows that the implementation of these measures has effectively improved the excellent rate of pantograph-catenary relationship, reduced the incidence of pantograph-catenary faults, and can provide reference for the operation and maintenance and fault prevention of pantograph-catenary systems in similar urban rail transit lines.

　　Key words: urban rail transit; rigid catenary; pantograph carbon slide plate; anchor section joint; hard spot; contact wire height deviation

　　0 引言

　　城市轨道交通作为现代城市公共交通的骨干力量，其供电系统的可靠性直接决定了线路的运营效率与安全水平。接触网作为轨道交通供电系统的核心组成部分，承担着向电客车不间断输送电能的重要职能，其设备状态直接影响弓网系统的受流质量。与柔性接触网相比，刚性接触网具有结构简单、维护量小、使用寿命长等优点，已广泛应用于城市轨道交通地下线路。然而，刚性接触网无弹性补偿特性，对施工精度与设备参数要求极高，任何微小的安装偏差都可能导致弓网关系恶化，引发受电弓碳滑板异常磨耗、拉弧打火甚至断裂故障。

　　弓网系统是一个动态耦合系统，弓网故障本质上是两者动态匹配关系失衡的结果。故障诱因既可能来自接触网状态不良，也可能源于受电弓自身参数异常。长沙地铁6号线作为长沙市东西向骨干线路，全长约 48.11km，全部采用刚性接触网供电。线路跑图期间，多列电客车受电弓碳滑板出现不同程度的缺块及贯穿性裂纹，部分故障严重的碳滑板已无法正常使用，对列车安全运行构成严重威胁。本文通过对故障现象的深入调研与数据统计，系统分析故障产生的根本原因，提出一套科学有效的整改措施与预防方案，为保障线路安全稳定运营提供技术支撑。

　　1 故障现象与特征分析

　　长沙地铁6号线跑图期间，共检查受电弓碳滑板128块，其中出现缺块故障的有32块，占比25%;出现贯穿性裂纹的有8块，占比6.25%。故障主要集中在正线锚段关节、刚性线岔及汇流排中间接头等关键部位，具有明显的区域集中性特征。

　　从故障形态来看，碳滑板异常磨耗主要分为两种类型：一是 "锯齿刀型" 磨耗，表现为磨耗不均匀分布在滑板表面，形成凹凸不平的锯齿状结构，具有较强的随机性;二是 "缺块型" 磨耗，表现为滑板局部出现块状脱落，严重时形成贯穿整个滑板厚度的裂纹。后者对受电弓安全运行威胁最大，若未及时发现更换，可能导致受电弓弓头断裂、接触线刮断等重大行车事故。

　　现场跟踪观测发现，故障碳滑板的撞击痕迹与接触网硬点位置高度吻合，且同一位置多次发生同类故障。初步判断，接触网施工工艺缺陷导致的设备参数异常是引发碳滑板缺块及贯穿性裂纹的主要原因。

　　图：碳滑板缺块

　　2 故障成因系统分析

　　2.1 接触网硬点影响

　　接触网硬点是指接触线上存在的局部刚性凸起或凹陷，当受电弓高速通过时，会产生剧烈的机械冲击与振动，导致碳滑板受到瞬时过载力作用而发生破损。长沙地铁6号线接触网硬点主要来源于以下三个方面：

　　2.1.1 材质与制造因素

　　采用的合金接触导线存在晶粒不均匀现象，导线内部残留有制造应力。在长期张力作用下，导线易形成波浪弯;同时，接触导线在制造或缠盘过程中产生的局部变形也会形成硬点。这些先天性硬点在列车运行过程中会不断冲击碳滑板，导致其表面出现疲劳裂纹并逐渐扩展。

　　2.1.2 施工工艺缺陷

　　接触导线放线过程中未严格采用恒张力放线技术，或未按照施工规范要求进行放线作业，导致导线出现扭曲、弯折等变形;施工人员违规登踩接触导线，或作业车升降平台直接顶抬接触导线，造成导线局部塑性变形;汇流排中间接头安装不平整，导高过低或安装间隙过大，且16颗连接螺栓未达到规定的 50N・m 紧固力矩。在列车长期振动作用下，螺栓逐渐松动，导致刚性悬挂出现明显硬点，受电弓通过时产生巨大冲击力。

　　2.1.3 结构设计因素

　　刚性接触网本身弹性较差，汇流排中间接头处的刚度突变无法得到有效缓解。当受电弓通过时，碳滑板的接触压力和冲击力无法通过弹性变形吸收，全部集中作用在接头部位，极易形成硬点并造成碳滑板破损。

　　2.2 导高偏差影响

　　接触线导高是指接触线距轨面的垂直高度，其偏差大小直接影响弓网接触压力的稳定性。长沙地铁6号线导高偏差问题主要由以下原因造成：

　　2.2.1 施工工期不合理

　　工程建设工期紧张，施工单位为赶进度，简化施工流程，导致设备参数测量误差较大，准确率低。部分定位点导高测量数据与实际值偏差超过10mm，远超出规范允许的 ±5mm 误差范围。

　　2.2.2 验收管控不到位

　　运营单位验收人员对设备技术要求和螺栓力矩标准掌握不熟练，验收过程中存在检查不仔细、不到位的情况。平推检查发现的问题未能及时全部整改，导致部分导高偏差隐患遗留至运营阶段。

　　2.2.3 关键部位调整不达标

　　施工单位对锚段关节、刚性线岔等关键部位未按技术要求进行调整，导致非工作支导高低于工作支。受电弓经过时，弓头直接撞击非工作支接触线，造成碳滑板缺块或贯穿性裂纹;针式绝缘子与汇流排定位线夹之间的螺母未紧固到位，经过长时间振动后连接松动，尤其是位于锚段第一个与最后一个定位点，非工作支导高下沉明显，极易引发 "打弓" 现象。

　　3 整改措施与实施效果

　　3.1 接触网参数调整措施

　　针对上述故障成因，制定了以下专项整改方案：

　　3.1.1 导高全面检测与调整

　　使用高精度激光测量仪对全线所有定位点及跨中接触线导高进行全面测量，与设计标准值进行比对。对超出±5mm 误差范围的定位点，通过调整针式绝缘子与汇流排定位线夹之间的螺母进行校正，确保导高符合规范要求。

　　3.1.2 锚段关节与线岔专项整治

　　重点对锚段关节、刚性线岔处的导高进行调整。通过升降定位点两侧 T 型头或化学锚栓与悬吊槽钢连接的上下部螺帽，配合激光测量仪将非工作支抬高至4-8mm，确保受电弓能够平滑过渡。对针式绝缘子与汇流排定位线夹之间的所有螺母进行全面复紧，防止因振动导致的导高变化。

　　3.1.3 跨中导高异常处理

　　对于跨中无汇流排中间连接板且出现导高变化或负驰度的情况，首先检查两端定位处汇流排与定位线夹是否卡滞。若存在卡滞现象，松开两端定位线夹螺栓，晃动汇流排释放卡滞力，使其自由伸缩至平顺状态后重新紧固;若汇流排已发生永久变形，则更换整段汇流排。

　　对于跨中有汇流排中间连接板的情况，先稍松懈连接板处的16颗M10紧固螺栓，用木方条顶在汇流排连接处，通过轻微抬升或压低汇流排配合激光测量仪调整跨中导高至设计标准，然后按照50N・m的力矩要求紧固所有螺栓。

　　3.1.4 硬点专项排查与消除

　　利用弓网检测设备对全线进行动态检测，对硬点数值大、存在数值突变、数据明显叠加以及一跨内导线高度差超过10mm的部位进行重点标记。以检测车提供的硬点数据为依据，在对应公里标范围内使用接触网激光检测仪进行精确查找，采取打磨、调整导高、更换部件等措施消除硬点。

　　3.2 全流程管控预防措施

　　为从根本上预防同类故障再次发生，提出以下全流程管控建议：

　　3.2.1 施工阶段技术管控

　　在施工前对施工单位进行全面技术交底，明确锚段关节、刚性线岔、刚性分段绝缘器等关键设备的施工工艺和技术要求。施工过程中安排专业技术人员进行全程旁站监督，对关键工序进行重点技术卡控，严格按照技术规范施工，杜绝违规操作。

　　3.2.2 验收阶段质量把关

　　运营单位提前介入验收工作，组织验收人员进行专业培训，使其熟练掌握设备参数、技术要求及各部螺栓力矩标准。验收时采用 "逐点检查、逐项验收" 的方式，对接触网导高、拉出值、螺栓力矩等关键参数进行100%复测，确保所有设备参数符合设计要求。

　　3.2.3 运营阶段动态监测

　　建立弓网系统动态监测机制，定期利用弓网检测设备对接触网状态进行检测。对检测数据进行分析研判，及时发现潜在的硬点和导高偏差隐患，做到早发现、早处理。同时，加强受电弓碳滑板的日常检查，建立碳滑板磨耗台账，对异常磨耗的碳滑板及时更换并分析原因。

　　3.3 实施效果

　　上述整改措施实施后，长沙地铁6号线弓网关系得到显著改善。经过3个月的跟踪观测，受电弓碳滑板缺块故障发生率下降至 3.12%，贯穿性裂纹故障彻底消除，弓网拉弧打火现象明显减少。碳滑板平均使用寿命由原来的3个月延长至6个月，大幅降低了运营维护成本，保障了线路的安全稳定运营。

　　4 结论与展望

　　本文针对长沙地铁6号线跑图期间出现的受电弓碳滑板缺块及贯穿性裂纹故障，从接触网硬点和导高偏差两个方面进行了深入分析，提出了针对性的整改措施与全流程管控方案。实践证明，通过对接触网关键参数的精确调整和施工、验收、运营全流程的严格管控，能够有效改善弓网关系，降低弓网故障发生率。

　　随着城市轨道交通的快速发展，对弓网系统的可靠性要求越来越高。未来，可进一步引入人工智能、大数据等先进技术，建立弓网系统智能监测与预警平台，实现对弓网状态的实时监测和故障预判。同时，加强对新型碳滑板材料和刚性接触网结构的研究，不断提升弓网系统的性能和使用寿命，为城市轨道交通的安全高效运营提供更加坚实的保障。

　　参考文献

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