重庆AS地铁列车单元内双弓受流应用

胡 洋

(重庆市轨道交通(集团)有限公司 运管中心， 重庆 401120)

针对重庆坡道大(50‰)，转弯半径小(正线转弯半径最小250 m,车场最小转弯半径150 m)等独特的地理环境，重庆轨道交通研制了介于A型车与B型之间的山地城市A型地铁列车(以下简称AS车)，该车具有B型车的轴距及车体长度，A型车的车体宽度，5动1拖(6编组)的牵引方案等特点，文中重点对重庆AS地铁列车单元内采用双受电弓装置并联受电的设计方案、计算验证以及运营使用情况进行阐述。

1 AS地铁列车受电弓设计

重庆山地城市AS地铁列车每列分为两个单元，每个单元在Mp车顶配置两架单臂式双弓头受电弓并联受电，碳滑板受电能力为20 A/mm，宽度为60 mm，6编组车辆采用“+ Mc-Mp -M +M-Mp -Mc+”5动1拖的动力组成(图1)。

图1 6编组列车示意图

2 AS车辆单元内双受电弓受流优势与应用

国内各城市地铁车辆均采用单元内单弓受电，重庆AS地铁车辆国内首次选用单元内双受电弓并联受电方式，主要有以下几个优势：

2.1 降低碳滑板受流电流，减少碳滑板磨耗，延长碳滑板使用寿命

GB 50157《地铁设计规范》规定“正线的最大坡度宜采用30‰，困难地段最大坡度可采用35‰”，为适应重庆特殊地理环境要求，AS地铁列车设计爬坡能力为50‰，采用5动1拖(6编组)牵引方案，比A型车以及B型车采用4动2拖(6编组)的牵引功率提高25%。

6编组AS车全车额定电流2 870 A，平均每台受电弓承担电流717.5 A，每根碳滑块通过电流为359 A；A型车全车额定电流为2 400 A，平均每台受电弓承担的电流为1 200 A左右，每根碳滑块通过电流为600 A。

在设计阶段委托第三方对重庆环线AS车辆使用的碳滑块进行了900 A、1 200 A电流测试。当电流为900 A时，滑板温度稳定在230.9 ℃；当电流为1 200 A时，滑板温度稳定在405.4 ℃，由此可见电流对碳滑板温度影响较大。

在低压大电流的条件下,碳滑块与接触线之间以短弧放电和火花放电为主,当电流增加到300 A以上时,即使没有出现离线的情况下,接触副之间也可处于燃弧的状态，碳滑块的磨损量随电流的增大而增大,电流对碳滑块的磨损主要表现为电弧烧蚀和焦耳热引起的高温氧化；温度对磨损量影响较大，低温时以磨粒磨损为主，磨损量较小，高温时(200 ℃)以黏着摩损为主，使碳滑板材料摩擦而形成氧化物和熔融层，摩损量较大。

综上，重庆AS车单元内采用双受电弓后每根碳滑块通过电流为359 A，电流较小，运用时滑块温度较低，磨耗量小。

目前重庆10号线、5号线AS车已开通运营10万km，碳滑条磨耗量为0.33 mm/万km，平均使用时间为45万km；重庆B型车碳滑条磨耗量为1.2 mm/万km，平均使用时间为12万km。AS车碳滑条使用寿命较B型车有了大幅提高，虽然AS车碳滑条安装数量较B型车多1倍，但碳滑条更换数量仍然降低了50%。

2.2 降低弓网离线对车辆的影响

当车辆行驶时，受电弓与接触网间由于触碰硬点、过分相、接触网高低变化等原因会发生相互脱离，弓网离线后由于电压击穿空气间隙会产生离线电弧。弓网离线电弧会降低弓网受流质量、产生高次谐波、导致过压现象的产生、对整个牵引供电系统中的设备产生影响、加大滑板与接触网的电磨耗、对周围造成电磁干扰，影响信号传输，威胁车辆行车安全。当发生大离线时，电弧也不能持续电流通路，此时必然使车辆丧失牵引力，需要重新启动，影响正线运营。

受电弓离线一般用最大离线时间和离线率来衡量离线的大小：离线持续时间在 0～10 ms 为小离线；10～100 ms 为中离线；大于 100 ms 为大离线。目前国内外常用于弓网离线的检测方法基于3大类：一是检测由离线引起的电弧；二是测量受电弓滑板与接触线之间的接触压力；三是测量接触线与静止状态有关的动态抬升状态。

由于重庆AS车单元内双弓受流属于国内首次使用，在柔性接触网区间行驶时，当受电弓沿接触网导线高速滑行时，因弹性的差异将产生弓网振动，导致弓网间的接触压力持续变化，重庆AS车单元内受电弓安装于同一节车，双弓之间的距离较近，双受电弓造成的接触网波动是否会加大弓网离线率，国内尚无经验可寻。因此选取重庆环线沙正街～玉带山中间的高家花园大桥上柔性接触网区段采用直接建模方法进行50 km/h、80 km/h、100 km/h、110 km/h受流性能仿真计算分析,见表1。

表1 柔性接触网区间仿真分析数据

对比计算结果可以发现：就接触压力而言，表征受流质量的变异系数与行车速度几乎成正比。从数值上看，即便行车速度达到110 km/h，变异系数也不超过0.3，说明在该工况下，接触力统计最小值大于零，不会出现弓网离线现象。针对弓头垂向振动加速度，每跨最大加速度均出现在第一根吊弦处，同时，该点几乎也是每跨接触压力最大值或最小值点。但从全部柔性区段来看，在各速度等级条件下，接触压力、弓头抬升位移、弓头垂向振动加速度均满足标准和规范要求。

2018年11月25日环线车辆在罗家坝-冉家坝区间进行了受电弓动态试验，最高速度100 km/h下，受电弓弓网动态接触力最小60 N、最大燃弧时间48 ms，测试数据优良(表2)，单元内双受电弓同时离线的概率几乎为零。

重庆5号、10号线AS地铁列车已于2017年底开通运营，没有弓网离线问题造成的牵引故障，因此从实际运营经验来看，单元内双弓受流可降低弓网离线对车辆造成的影响。

3 结束语

通过现场试验数据以及实际载客运营情况分析，重庆AS车单元内双弓受流一方面能够减小碳滑块通过电流，降低碳滑块温度及磨损量，增加碳滑条寿命，减少运营成本；另一方面单元内双受电弓同时离线的概率几乎为零，降低弓网离线对车辆的影响。

表2 重庆环线罗家坝-冉家坝区间受电弓动态试验

由于重庆AS车单元内双弓受流属国内首次使用，受电弓的稳定性以及对接触网的寿命影响都还有待考证，后续将通过试验以及运营经验对上述方面进行考证。