基于地铁车辆受电弓故障思考

基于地铁车辆受电弓故障思考

章军 倪海星

南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 江苏 南京 211800

摘要：“受电弓”是地铁车辆系统中的重要构成部分，其稳定性关乎着地铁车辆的稳定运作、安全运营。针对目前地铁车辆受电弓故障维护、检测方面存在的问题，本文主要通过案例论述了地铁车辆受电弓故障检测方法，并对受电弓常出现了故障类型进行了详尽论述，以为广大从业者提供有价值的参考。

关键词：受电弓；可靠性；故障分析

我国地铁交通建设开展的如火如荼，在大规模地铁交通不断发展的背景下，务必要保证轨道交通车辆的稳步运作。“受电弓”是确保地铁车辆运行的重要电气设备，但地铁车辆在运作的过程中，常因受电弓故障受损引发多种复杂的安全事故，所以有必要系统的对受电弓系统可靠性进行分析、评估。

一、地铁车辆受电弓上框架裂纹

（一）故障表现

地铁车辆运作的主要能源，源于“电力供电”系统，多数地区的地铁车辆，其受电弓需要承受来源于接触网的1500V直流电，以保证地铁车辆运作有足够的电力供应，对于地铁车辆来说，受电弓就是“动力源头”，一旦受电弓出现故障，地铁车辆必然会停运，继而对整个轨道交通系统的正常运作造成严重影响^[1]。

这里以某接受DC1500V接触网的地铁车辆为例，该地铁车辆需要持续从接触网中获取电源，同时在电制动过程中，联同地铁车辆再生系统，将地铁车辆的动能转换为电能实现“能源反馈”，所以在整个系统中，受电弓是一个“双向传递设备”。该受电弓由阶梯铝管、连接管组、顶管构成，同时在整个系统中安装有相应的对角线杆来保证受电弓的刚度。轴承是上框架实现和受电弓头、受电弓下臂杆、受电弓拉杆相互连接的构件，因该种连接方法，受电弓整体的质量相对较轻，在地铁车辆运作的过程中，受电弓可和接触网保持良好的跟随性。但是，地铁车辆的运作速度一旦超过80km/h，就有可能对受电弓的强度造成影响，许多地区地铁车辆都存在受电弓上框架连接处有开裂的问题，且多数裂缝都体现在受电弓焊缝侧^[2-3]。另外，在受电弓顶管、底部的焊缝处以及加强筋处也常出现开裂等问题，尤其是地铁车辆在投运1A后，该类现象尤为多见。然而，笔者通过查阅文献、统计分析发现，连接处裂缝并非是偶然事件，而是受电弓上框架连接结构必然磨损现象，但是受电弓上框架顶管、加强筋处出现的裂缝却是可以有效规避的偶然事件。

（二）成因分析

地铁车辆在运作的过程中，受电弓和接触网处于动态接触的状态，受电弓的接触力多维持在70±5N左右，并且在动态力的作用下，焊接出现的问题极其有可能会导致应力集中在焊接处，从而导致受电弓上框架顶管、加强筋出现裂缝。但近乎所有受电弓上框架焊缝处裂缝纹路都会朝着焊缝融合线逐步延伸，最终实现和对接轮廓的有效吻合，由此可判定受电弓上框架焊缝处裂缝的出现和焊接操作有着直接关系，若是在焊接的过程中存在操作失误等问题，就会导致焊缝无法实现有效的胶合，进而出现焊缝薄弱区域，在动载荷的作用下，胶合作用受影响，引发裂缝。并且，地铁车辆在运作过程中，受到接触网能量波动、车辆震动的影响，受电弓上框架会同时承受来自多个方向的动载荷作用，而在短时间内，多个方向的载荷作用得不到有效传递。针对受电弓上框架裂缝问题，最重要的就是需规范上框架顶管、加强筋处的焊接，以合理的焊接方法保证受电弓各部可构成一个整体，从而让受电弓在地铁运作过程中，能够将承受的应力分布在结构各部，避免其集中在裂缝处。

另外，受电弓碳滑板也常出现相关物理损伤，在电流较大的情况下，受电弓碳滑板温度就会极具上升，从而导致金属托架、碳滑板脱离，甚至于引发严重的电弧击穿现象。该类故障的成因和受电弓上框架裂缝类似，最根本的解决方法就是做好受电弓碳滑板的选型，以碳滑板本身的强度来满足地铁车辆电流传输工况。

二、地铁车辆降双弓

（一）故障表现

降双弓故障是一种相对严重的故障，降双弓故障发生后，整个地铁车辆就会失去应有的牵引力作用，若尝试再次升弓无效，就会酿成严重的救援事故，进而对全线列车的运作造成影响。图1为地铁列车将双弓失效的电路分析图，如其中内容所示，在继电器07K04失电的情况下，02K33也处于失电状态，同时07K04就会因此异常闭锁，以至于列车的降弓指令线得电，引发降双弓事故。

图1.继电器控制地铁列车降双弓电气原理图

（二）解决方法

针对继电器控制地铁车辆降双弓故障，目前较为常用的解决方法就是对受电弓控制体系进行改造，如图2所示，在I位端设备柜设置旁路开关02S99，通过02F03的微动作用，在出现降双弓故障情况下，地铁车辆司机可直接利用MMI确认相关分离故障以及紧急故障，然后通过闭合02S99开关，同时实现DXB、Q1、PH的供电，让07K04直接供电，最后再通过02S01解除故障即可。

该方法还需要对原有的控制布线进行改造，步骤为：（1）在I端设置02S99；（2）在地铁列车设备柜110V电源处引出20200线以及02F03开关输出线；（3）在设备柜增加020、20200，同时将接线另一端和IE1PCEQL X：010004进行有效连接；（4）在设备柜处增加010/70114，并实现接线和02S99的相互连接以及IE1PCEQL X：0146的连接；（5）在设备柜处增加011、70114，然后解除原有的备用线，并实现接线和IE1PCEQL X：0146、UFX2-XK的连接；（6）在设备柜增加012、70114，同时解除原有的备用接线R0418 001实现接线和UFEQB-XK、UFX2-XK的有效连接；（7）在设备柜处增加接线013、70114，实现接线和UFEQB X、UFEQB-XK的有效连接；（8）在设备柜增加接线014、70114，并实现接线和2K45 13、UFEQB X：0.15的有效连接

^[4-5]。

图2.地铁车辆受电弓监控电路图

经过改造后，地铁车辆司机只要通过系统性培训，就能够在降双弓故障发生时，迅速的通过有效操作升起受电弓，以避免对全线运作造成影响。但值得注意的是，如今地铁车辆自动化程度越来越高，诸如此类的继电器故障、行程开关故障并不能完全规避，而是需要尽量应用高新技术以根治此类问题。

结束语：

综上所述，受电弓是保证地铁车辆正常运作的重要部件，其本身的质量、结构、控制方法决定了地铁车辆运作的稳定性，但是受电弓本身的结构以及地铁车辆在运作过程中所产生的电流，导致受电弓经常出现裂缝、降双弓等故障。广大从业者要对文章上述的故障表现、故障成因、解决方法有深刻的认识，并在实践的过程中不断完善相关技术方法，以为地铁列车的稳定运作提供可靠保障。

参考文献：

[1]张玉文.广州地铁新线车辆受电弓在线动态检测系统[J].城市轨道交通研究,2019,22(4):143-145,149.

[2]徐彦,于若飞,李江涛.城市轨道交通车辆受电弓接触压力与碳滑板磨耗关系研究[J].铁道机车车辆,2019,39(3):67-71.

[3]欧昌宇,钟源,吴积钦.地铁车辆受电弓上框架疲劳裂纹成因分析[J].城市轨道交通研究,2018,21(8):86-90.

[4]冯鹏飞,李小波,吴浩, 等.地铁车辆受电弓—接触网系统接触电阻数学模型研究[J].湖南文理学院学报（自然科学版）,2019,31(1):37-41.

[5]李国辉,邹 欢.地铁车辆受电弓系统工作原理和作用分析[J].建筑工程技术与设计,2018(22):5784.