摘要：城市轨道交通弓网系统由电客车受电弓与接触网结合而成，两者既相互作用又相互依赖。随着城市轨道交通的发展，弓网系统的稳定性随着电客车速度的不断提升而备受考验，弓网关系已经成为影响地铁能否稳定运行的重要因素之一。

关键词：城市轨道交；通接触网；打火拉弧；原因；影响

前言

随着近年来城市轨道交通的快速发展，城市轨道交通牵引供电质量越来越受到关注。在运营管理过程中，常常出现接触网打火拉弧现象，行业内也进行了一些研究，多为针对弓网理论和高速铁路弓网系统的分析，缺乏对城市轨道交通中低速、大电流牵引系统的弓网打火拉弧现象的专门研究。

一、接触网打火拉弧的原因

在大气中开断电路时，如果被断开的电流超过0.25～1A，断开后加在触头上的电压超过12～20V，则在触头间隙中通常会产生一团温度极高、发出强光且能够导电的近似圆柱形的气体。受电弓与接触线从分离到接触或从接触到分离时，如果能满足一定的条件，滑板与接触线之间便会产生电火花、电弧等放电现象。列车在实际运行过程中，不可能一直在滑动电接触性能的最佳条件运行，故接触网打火、拉弧现象必然产生。受电弓与接触网滑动电接触的分离程度，即接触电阻的大小不同，将产生打火和拉弧2种能量不同的电弧放电过程。

1.1打火花的原因

由于短时间内受电弓与接触线之间电流加大，摩擦热效应和电流热效应使接触斑点软化、融化甚至汽化，接触斑点表面发生热电离，形成电火花。如果导电斑点间隙电压较小，则电火花处于非自持放电阶段，放电将很短暂并会停止。

1.2拉弧的原因

从电气学的理论分析，在滑动电接触过程中离线导致电压突升或金属汽化都将引起拉弧。当受电弓滑板与接触线之间因各种原因导致滑板与接触网设备整体或部分分离而发生离线时，滑板和接触线之间的电压便会突升，出现一个很大的电压，此时碳滑板和接触网的间隙将可能发生电场电离放电。另外一种情况是弓网离线时牵引电流通过接触电阻引起的热能集中在最后分离的导电斑点上，使其温度迅速上升到接触材料的熔点而汽化，在滑板和接触线之间发生热电离放电。

这2种情况下因为间隙电压较高将处于自持放电阶段，导致气隙击穿并转为弧光放电产生大量电弧。从列车实际运行工况中宏观条件来看，加速度对于拉弧的产生也有一定的影响。根据南京地铁S8号线弓网检测装置可知：①当列车加速度突然增大时，列车取流增大，出现燃弧的现象增多（即电客车急剧加速时，牵引电流也同时增大）；②电客车速度越高，急加速频率和时间越长，燃弧次数多；③加速度越大，短时牵引电流上升越快，燃弧的程度也越剧烈。结合电气学理论不难看出，正是列车瞬间取流（即加速度大）时，产生了较大的网流（即短时温升大）而导致了拉弧。

二、接触网打火拉弧的影响

2.1打火花的影响

由于接触网打火花的能量较弱，一般对弓网系统没有影响。例如，当列车静止，受电弓升降弓时，碳滑板与接触线接触或脱离接触瞬间，其开断电流不大，接触点有电火花现象发生，但一般不会带来严重后果。

2.2拉弧的影响

根据列车的运行状态，可以分几种情况来分析拉弧的影响。①对于高速列车，研究表明：当列车高速取流时，电弧能维持弓网系统电流的持续性，弓网相对运动过程中，滑板和接触线的接触位置不断变化，尽管电弧温度很高，但电弧与弓网一起快速移动或在很短的时间内熄灭，其热流对弓网系统的侵蚀有限，对弓网系统的影响也有限。②对于中低速地铁弓网系统（一般电客车的运行速度在120km/h以下，市域快轨160km/h以下）而言，文献[1]的研究表明速度与弓网受流质量相矛盾：受流效率随着速度的增加逐渐降低，但同时运行速度越慢，弓网磨损量越大，当运行速度增加时，磨损量减小。根据实际运行情况反馈，刚性接触网的打火拉弧和异常磨耗现象大部分集中在出站和上坡加速区，这个结果对地铁而言尤为符合。虽然一般的拉弧不影响弓网实时运行，但是会造成接触网的局部磨耗加剧，故为减小拉弧的影响，应考虑将控制电客车加速度纳入地铁电客车运行条件中。③根据现场实际观察，当列车以较大取流运行时，不管列车是高速还是低速行驶，受电弓穿越不同供电分区，尤其是有单边供电情况或由带电区进入无电区时，均能导致强烈的电弧现象，给弓网系统带来严重的不良后果。因此，应尽量避免该种情况的发生。

三、弓网拉弧打火的危害

电客车运行时，受电弓与接触线瞬时分离或者跳跃式接触时会产生拉弧打火现象，这种有害现象可能造成多方面的危害：（1）造成接触线的磨耗不均匀和加速受电弓碳滑板的磨耗。离线产生的灼热电弧会烧伤接触线和受电弓滑板，使接触线与碳滑板的接触面粗糙不平，同时两者磨耗速度均大大增加，工作寿命缩短。（2）对沿线通信线路产生干扰。弓网电接触过程是一个电场、磁场等变化的综合作用过程，在拉弧瞬间，牵引电流的波形急剧变化，其中含有许多高次谐波，对邻近无线电通信线路造成有害干扰。（3）导致牵引变电设备，如整流器、整流变压器等的工作条件遭到破坏，列车的受流质量受损。

四、应对措施

接触网检修、维护人员应加大自身设备的检查巡视力度，并且结合网轨检测、热滑等有效手段，对弓网关系加强监管。为确保接触网设备安全，保证正常运营，针对弓网拉弧打火事件的应对措施具体有：（1）观察打火点接触网设备和取流状态。凡是接到弓网打火报告后，第一时间通知接触网在线值班人员和技术人员前往打火点检查接触网设备，并观察后续列车的取流状态。（2）运营结束后安排接触网设备检查。凡是接到弓网打火报告的，当晚申请作业计划对电客车受电弓与接触网打火位置前后100m范围的接触网设备进行全面检查。主要检查接触线线面有无打火灼伤痕迹，测量导高、拉出值技术参数。此外还要对接触悬挂、定位装置和支持装置等设备进行全面检查。（3）检查电客车受电弓。电客车回场后，安排人员协同车辆专业检修人员检查受电弓，杜绝病弓上线运行。（4）后续设备状态跟踪。为确保运营正常，要求打火点接触网设备检查结束后，安排人员对打火点进行状态跟踪，观察第二天早班车以及后续列车的取流状态。若出现异常，立即报告调度。

结束语

从弓网打火拉弧的现象和本质来分析，接触网打火、拉弧是受电弓与接触线电接触的一种固有现象。通过对接触网受电弓系统滑动电接触的特性研究和现场测试可知，当列车取流较大，尤其是加速取流时，发生拉弧的概率较大。正常情况下的打火、拉弧现象轻微且很短暂，对弓网系统的实时运行影响较小，但会增大磨耗。须注意非正常运行情况下列车升降弓或由带电区进入无电区等情况，特别要注意直流牵引供电系统单边供电时，列车穿越不同供电区段时，较大电压差引起拉弧加剧导致的弧光短路。减轻地铁打火现象，改善地铁弓网关系，一方面要做好受电弓、接触网的检测、检调，满足相互之间滑动的平顺性和跟随性，减少离线率；另一方面要做好列车在较大牵引电流时降弓和穿越电分段的技术和管理措施；尤其要注意急加速引起的打火现象。最终减轻弓网磨耗，应从系统入手，将弓网关系作为一个整体，研究满足受流质量情况下合理的电客车运行速度、弓网接触压力值及对列车启动速度和加速度的控制，掌握其成因及规律，不断研究改善弓网关系的新措施，为城市轨道交通弓网系统统一设计及运营管理提供参考依据。

参考文献：

[1]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2003.

[2]吴积钦.受电弓——接触网系统电接触特性研究[D].成都：西南交通大学，2009.

[3]闫站伟.浅析接触线拉弧原因及预防[J].西铁科技，2007（1）：25-27.