廣州地鐵二號線接觸網的特點及其維護檢修
摘 要：廣州地鐵二號線接觸網采用了2種形式的接觸網，其中網性接觸網是國內首次采用，具有重要意義。在國外地鐵界，架空剛性接觸網已大量采用，效果很好。架空剛性接觸網有很多的特點：整體結構簡潔、錨段關節和線岔安裝調試方便、網兩端無需設置下錨張力補償裝置、沒有斷線之憂、施工安裝和維護檢修精度要求高等等，另外架空剛性接觸網能很好地滿足低凈空隧道要求，適用于地下鐵道。架空剛性接觸網的運行維護檢修缺少資料和經驗，只能通過實踐摸索和積累。筆者針對廣州地鐵二號線接觸網的實際情況，并參考了少量國外資料，對架空剛性接觸網的特點和維護與檢修進行了粗淺探討。
關鍵詞：廣州地鐵二號線 接觸網 特點 維護與檢修
1.前言
廣州地鐵二號線東起琶洲，北至江夏，全長23.265km，地下線路采用架空式剛性接觸接觸網，地面線路采用傳統的柔性接觸網，其中架空式剛性接觸接觸網是國內首條采用架空式剛性接觸網技術的剛性接觸網。在國外地鐵界，如法國、瑞士、西班牙、日本和韓國等國家，架空剛性接觸網已得到廣泛應用（詳情見附表3：架空剛性接觸網在國外地鐵的應用情況統計表），且效果良好。
架空剛性接觸網主要有兩種代表型式，即以日本為代表的“T”型結構(見圖1)和以法國、瑞士等國為代表的“Π”型結構(見圖2)。目前，全世界地鐵“T”型結構采用了約300km，“Π”型結構采用了約150km。這兩種型式的架空剛性接觸網，“Π”型在匯流排的剛度性能、接觸線的固定方式、施工及維護檢修和成本等方面具有一定的優勢，“Π”型較“T”型更為合理。因此，廣州地鐵二號線的剛性接觸網采用了架空式“Π”型結構。柔性接觸網采用了2種形式：地面正線及出入庫線、試車線采用雙接觸線式全補償簡單鏈型懸掛；車輛段采用單邊補償式簡單懸掛。
架空剛性接觸網，無論是結構形式，還是維護和維護檢修方面，與柔性接觸網都有很大的不同，尤其是在維護和檢修方面，國內尚無現存的資料，更沒有經驗可借鑒。筆者有幸參與和經歷了國內架空剛性接觸網的研究開發過程，從1999年4月份在廣州地鐵一號線架設的架空剛性接觸網示范段和試驗段開始，一直到國內首條架空剛接觸網，即廣州地鐵二號線建成。在這過程中，筆者翻閱了大量的資料，并在實踐中，積累了較為豐富的經驗，對架空剛性網式接觸網的特點和維護檢修有了一定的研究。本文針對廣州地鐵二號線接觸網的情況，重點談談“Π”型結構形式的架空剛性接觸網的特點和維護檢修工作，至于柔性接觸網與國內普遍使用的接觸網沒有什么特別的地方，在此就不重復了。
2.廣州地鐵二號線剛性接觸網特點
架空剛性接觸網一般采用具有相應剛度的導電軌或具有相應剛度的匯流排與接觸線組成。廣州地鐵二號線剛性接觸網由“Π”型匯流排、接觸導線、絕緣子以及網定位裝置等組成(見圖2 ，圖中只畫了匯流排和接觸線)，與柔性接觸網有較大差異(見表1)和明顯特點。
表1 架空剛性接觸網與柔性接觸網的技術比較表
2.1與柔網相比的最大差異是，架空剛性接觸網不設對網進行軸向加力的補償裝置，從而避免了斷線事故，接觸導線允許磨耗量也比柔性網大得多。
架空剛性接觸網主要由架空剛性匯流排和接觸導線及其支持網裝置組成。匯流排是一根剛度較大的斷面成“Π”型的鋁材質導電體，通過定位網裝置，架設于軌道的上方，接觸導線被安放在匯流排的夾線槽中，接觸導線被匯流排自然地夾緊，網兩端不設張力補償裝置，匯流排和接觸導線的軸向沒有補償張力。
接觸網無補償張力，又不存在匯流排和接觸線斷線的可能，從而避免了柔性網的鉆弓、燒融、不均勻磨耗、高溫軟化、線材缺陷以及弓網故障等各種原因造成的斷線事故。由于這樣的特點，剛性網的故障一般是點故障，而柔性網的故障，尤其是斷線故障范圍一般為半個錨段甚至整個錨段，所以剛性故障范圍很小。另外，由于接觸導線不受軸向張力，不存在斷線之憂，接觸導線的允許磨耗截面是柔性網的2倍，理論上允許磨耗到接近或達到匯流排的位置。
2.2弓網之間是剛性接觸，接觸壓力均勻，接觸導線磨耗均勻。
由于網是剛性網，網本身不存在負荷集中點和硬點，所以網與受電弓接觸時，網的抬升量很小，弓網之間的接觸壓力變化量很小，弓網間接觸良好，不存在離線拉弧現象，接觸導線的磨耗均勻。
2.3架空剛性接觸網錨段和跨距較小，跨距與速度關系密切，其“Z”字值沒有明顯的拐點。
“Π”型匯流排一般制成10m和12m長一根，錨段架設長度一般不超過250m，整個網布置成正弦曲線，即2個錨段構成一個完整周期的正弦波。其“Z”字值不象柔網有明顯的轉折點，其拉出值呈周期變化規律，最大拉出值一般不超過200mm。
剛性接觸網的跨距較小，且與速度關系密切。PAC110型匯流排速度與跨距的關系如表2。
表2 PAC110型匯流排速度與跨距的關系
2.4錨段關節、線岔結構簡單，容易實現電分段功能。
架空剛性接觸網的錨段關節采用兩段接觸網相互側向平行錯開，平行段的長度為4m，端部向上彎曲70mm左右，兩網的水平距離根據需要定，一般非絕緣關節為200mm，絕緣關節為250mm，見圖3。
線岔采用無交叉線岔結構，正線接觸網不中斷，側線單獨一根，與正線接觸網側向錯開，其水平間距一般為200mm，側線網端部向上彎曲70mm左右，見圖4。
架空剛性接觸網的電分段有兩種結構：絕緣錨段關節式與分段絕緣器式。柔性網，在側線或渡線上只能采用分段絕緣器來實現電分段，而架空剛性網可以采用絕緣錨段關節代替分段絕緣器來實現電分段，這樣接觸網就變得簡潔了，同時還可以節省投資、維護檢修工作也變得較簡單。
2.5 精度要求高,與軌道的關系密切。
架空剛性接觸網接觸線高度誤差為5mm，錨段關節和線岔處兩網的高差為0~1mm，且兩網的中心線要與受電弓的中心重合(如圖3和圖4 所示)。
在曲線地段，為了保證接觸線不出現偏磨現象，匯流排橫斷面的中心線要與軌面垂直。這幾個參數與軌道參數關系密切，軌道的超高略加改變，或起撥道床時，對接觸線的高度及接觸線的偏磨都將產生影響，尤其對錨段關節和線岔處兩接觸線的高差影響大，如不及時跟隨調整，可能發生打弓拉弧現象，嚴重的情況下，會使接觸線和受電弓受到損傷。
2.6結構高度小，能很好地滿足低凈空隧道的要求。
架空剛性接觸網相對于柔性而言，可以不考慮受流時導線的抬升、接觸線的振動以及鏈型網結構高度占用的空間，因而所用凈空相差至少100mm~150mm左右。另外，在錨段關節和線岔處，柔性接觸網需要設置重力式下錨補償裝置，占用空間大，而架空剛性接觸網在錨段關節和線岔處，尤其是復式道岔處，無需設置下錨補償裝置，安裝簡單，不需要隧道額外增加空間。所以架空剛性接觸網能夠很好地滿足低凈空隧道要求，一般適用地鐵。
2.7維護檢修、事故處理簡單。
架空剛性接觸網結構簡單，零部件較少，各零部件的連接牢靠，事故幾率低，無論是日常維護檢修，還是事故搶修、接觸導線更換，架空剛性接觸網的工作量比柔接觸網要少得多（具體見本文以下部分）。
3 廣州地鐵二號線剛性接觸網的維護檢修
架空剛性接網的維護檢修工作，國內沒有資料可以利用，也沒有運行與維護檢修方面的經驗，在國內還是一門新的課題。筆者從事廣州地鐵一號線剛性接觸網示范段及試驗段運行與維護檢修工作3年多，以及廣州地鐵二號線首期段半年多的運行與維護檢修工作，從運行檢修的實踐出發，并翻閱了一些國外資料，結合筆者的體會，談談如何進行架空剛性接觸網維護與檢修工作，供同行們參考。
3.1維護檢修原則
架空剛性接觸網的維護檢修實施“預防為主，修養并重”的原則進行，其中心工作是確保接觸網運行安全。由于沒有架空剛性接觸網維護檢修方面的資料和經驗，還處在摸索和積累階段，廣州地鐵二號線剛性網，目前采用周期性（定期）維護檢修為主，即預先制定各項目的維護檢修周期，按照維護檢修周期進行日常維護檢修。等到基本掌握了剛性接觸網的運行檢修規律，檢測手段（機具）具備后，逐步由周期修過渡到狀態修。
3.2維護檢修重點
架空剛性接觸網的主要（重點）維護檢修工作是圍繞緊固件來進行，即每年對螺栓按要求進行緊固。以下是維護檢修的重點工作內容：
3.2.1接觸導線
檢查接觸導線是否存在偏磨及磨耗是否正常情況，尤其要注意錨段節和線岔兩網轉換處接觸導線的磨耗是否正常；檢查銅接觸導線與鋁匯流排的相對滑動是否正常。對于有問題的接觸導線進行更換時，更換接觸導線的長度不得少于2m，且在兩端接頭位置用銼刀銼平，其平滑過渡的長度不得少于200mm。
3.2.2匯流排接頭
匯流排接頭是架空剛性接觸網的關鍵部位，它既要在電氣上起連接作用，確保接觸良好，又要在機械連接上保證被連接的兩匯流排在同一直線上。接頭部位有16個螺栓，一定要用力矩扳手按規定的力矩(16Nm)進行檢查和校核，并檢查螺栓的墊片是否齊全和完好。
3.2.3匯流排和網定位裝置
檢查匯流排是否與軌面垂直，匯流排與匯流排懸吊線夾之間的滑動是否平滑順暢，支持裝置的銹蝕情況等。
3.2.4絕緣部件
檢查絕緣子和絕緣腕臂是否破損和臟污情況，清掃絕緣子和絕緣腕臂，并測試絕緣電阻。
3.2.5錨段關節和線岔
檢查錨段關節和線岔處兩接觸線是否同時與受電弓接觸，兩匯流排終端轉換處接觸導線的磨耗是否正常，測量轉換處兩接觸線的高度是否相等、水平距離是否符合要求等。用力矩扳手檢查和校核電聯接線夾是否緊固等。
3.2.6剛柔過渡部件
剛柔過渡部件就是剛性接觸網與柔性接觸網的連接過渡的部件，其過渡一般有2種形式：關節式和貫通式。
關節式剛柔過渡：檢查測量過渡段的剛性懸掛接觸線與柔性懸掛接觸線的相對位置是否符合要求(剛性懸掛接觸線的工作面應比柔性懸掛接觸線的工作面高20-50mm)。
貫通式剛柔過渡：檢查測量過渡段兩支剛性懸掛的接觸線是否等高；剛柔過渡交界點處，剛柔過渡元件對接觸線是否產生下壓或上抬現象；連接線夾的螺栓緊固力矩(16Nm)符合設計要求；防水罩對露天匯流排覆蓋是否完全，安裝是否穩固以及是否有老化現象等。
剛性懸掛與相鄰柔性懸掛的導線是否相互磨擦；剛柔過渡處的電連接線、接地線應完整無遺漏，安裝牢固。
最后，用受電弓以規定的抬升力進行冷滑(雙向)檢查過渡情況是否良好。
4結束語
廣州地鐵二號線采用了架空剛性與柔性兩種形式的接觸網，其中剛性接觸網是國內首次采用，它與柔性接觸網相比，其最大的好處是，接觸網沒有軸向補償張力，所以沒有斷線之憂，接觸網各部件的連接是剛性連接，各種參數的變化小，事故幾率較柔性小得多，運營維護檢修工作量較柔性小，且易于實施狀態修。但是，架空剛性網精度要求高，國內還缺少設計、施工及運營維護檢修方面的經驗，有待在今后的實踐中去積累。本文是筆者對架空剛接觸網的特點及其維護檢修的一點粗淺認識，供同行參考。
主要參考資料：
《架空剛性網的研究鑒定文件》(廣州市地下鐵道總公司 鐵道部電氣化工程局)
《RIGID CATENARY TEST LINE》（GROUPE DELACHAUX-FRANCE）
6 附表 架空剛性接觸網在國外地鐵的應用情況統計表
續上表
