郭 凱

（太原鐵路局車輛處，030013，太原//工程師）

CRH5A 型動車組主斷自動跳開故障分析

郭 凱

（太原鐵路局車輛處，030013，太原//工程師）

針對CRH5A型動車組在特定區(qū)間發(fā)生主斷自動跳開故障問題，分析了故障發(fā)生時相關(guān)測點(diǎn)的電壓和電流，找到了電壓異常點(diǎn)，并據(jù)此查找出了故障原因。針對性采取了一系列整改措施，調(diào)整了列車在該特定區(qū)間內(nèi)的升弓情況，較好地解決了故障。經(jīng)整改，故障得以排除。

動車組；主斷路器；受電弓

近期，太原鐵路局配屬的CRH5A型重聯(lián)動車組擔(dān)當(dāng)D2004次列車在大西客運(yùn)專線運(yùn)行時，在霍州東到靈石東區(qū)間多次出現(xiàn)后組動車組6車主斷路器自動跳開故障。該故障發(fā)生時，均升6車受電弓，且車次一致，時間范圍和地點(diǎn)基本相同。該車次動車組同升3車受電弓時，則不會出現(xiàn)主斷路器跳開故障。通過對同車型、同地點(diǎn)、同運(yùn)行方向的D2002次、D2006次、D5332次（與D2004同車底）等車次情況進(jìn)行調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)主斷路器自動跳開故障發(fā)生。因此，D2004次動車組出現(xiàn)此類故障為獨(dú)立現(xiàn)象，需要進(jìn)行針對性研究，分析故障成因，并判定對應(yīng)措施予以解決。

1 故障發(fā)生的背景

D2004次列車由兩列重聯(lián)的CRH5A型動車組擔(dān)當(dāng)，16車主控，同時升前弓（即升14車和6車弓），運(yùn)行至公里標(biāo)K417+500 m處附近，與下行CRH2A擔(dān)當(dāng)?shù)腄5303次列車交匯，如圖1所示，此時CRH5A型重聯(lián)車組后車跳開主斷路器。發(fā)生故障的位置接近隧道口（K424+225 m至K417+50 m為隧道），接近上坡的坡頂（K422+10 m至K417+110 m為11.38‰上坡，K417+110 m至K415+110 m為8.16‰下坡）。

圖1 列車交匯示意圖

2 故障發(fā)生時各測試點(diǎn)電壓、電流波形

如圖2所示，在D2004次重聯(lián)動車組后車主斷路器斷開之前，重聯(lián)動車組后車電壓已經(jīng)出現(xiàn)明顯的上下波動，且波形在通過零點(diǎn)時產(chǎn)生多個過零點(diǎn)；電流出現(xiàn)波動，當(dāng)電流波動至幅值超過530 A時，達(dá)到主斷路器保護(hù)閾值，主斷路器自動斷開。主斷路器斷開之后，電壓出現(xiàn)跌落。但是在故障時，電壓含有高次諧波。

如圖3所示，重聯(lián)動車組前車電壓、電流波形較為穩(wěn)定，并沒有出現(xiàn)像重聯(lián)動車組后車一樣的幅度較大的波動情況。但是在故障時，電壓含有高次諧波。

如圖4所示，變電所T線和F線電壓穩(wěn)定，但是在故障時，供電電壓含有高次諧波。

圖2 故障時重聯(lián)動車組后車電壓、電流波形

圖3 故障時重聯(lián)動車組前車電壓、電流波形

圖4 故障時變電所T2線、F2線電壓波形

通過圖2～4采集的電壓數(shù)據(jù)不同步，可排除由于變電所供電導(dǎo)致主斷路器自動跳開故障的可能性。也可排除D2004次與CRH2A型動車組擔(dān)當(dāng)?shù)腄5303次交匯產(chǎn)生電壓波動導(dǎo)致主斷路器自動跳開故障的可能性。

3 有效值曲線（整體測試情況）

圖5和圖6中9：46—9：48為故障時段，在此時段內(nèi)CRH5A型重聯(lián)動車組擔(dān)當(dāng)?shù)腄2004次（上行）和CRH2A型動車組擔(dān)當(dāng)?shù)腄5303次（下行）于公里標(biāo)K417+500 m處會車，引起重聯(lián)動車組后車電壓明顯升高。如圖6所示，主斷路器自動斷開以后，重聯(lián)動車組后車測得電壓有3次較大的跌落情況（有效值低至5～7 kV），3次電壓大幅跌落時的具體波形如圖7～8所示。

D2004次重聯(lián)動車組前車電壓、電流有效值和變電所T線、F線電壓有效值分別如圖10和圖11所示。

如圖10所示，重聯(lián)動車組前車電壓、電流均比較平穩(wěn)，電壓沒有出現(xiàn)大幅跌落的情況。如圖11所示，變電所供電電壓有效值在正常范圍內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)象分析，D2004次重聯(lián)動車組后車產(chǎn)生電壓大幅跌落的原因?yàn)楣W(wǎng)間接觸不良導(dǎo)致。

4 結(jié)論

圖5 重聯(lián)動車組后車電壓電流

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)圖像，D2004次擔(dān)當(dāng)交路經(jīng)過K424+225 m至K417+050 m處的運(yùn)行環(huán)境（上坡變坡、隧道、會車、滿載運(yùn)行），以及動車組6車受電弓弓臂為閉口方向（受電弓開口與動車組運(yùn)行方向相反，為順風(fēng)向）、接觸網(wǎng)饋電線出現(xiàn)波動等綜合因素分析，D2004次動車組在該區(qū)段運(yùn)行時出現(xiàn)弓網(wǎng)接觸不良現(xiàn)象，使得重聯(lián)動車組前后組均使用6車受電弓運(yùn)行時，前組動車組經(jīng)過該處接觸網(wǎng)時由于饋電線較為平穩(wěn)，受流均勻，不會出現(xiàn)主斷路器自動跳開現(xiàn)象，而后組動車組受電弓會由于接觸網(wǎng)出現(xiàn)波動造成受流不暢，形成瞬時大電流造成主斷路器自動跳開故障。

圖6 重聯(lián)動車組后車電壓、電流有效值曲線

圖7 主斷路器跳開后重聯(lián)動車組后車電壓異常情況a

圖8 主斷路器跳開后重聯(lián)動車組后車電壓異常情況b

圖9 主斷路器跳開后重聯(lián)動車組后車電壓異常情況c

圖10 主斷路器自動跳開時重聯(lián)動車組前車電壓、電流有效值曲線

圖11 變電所T線、F線電壓有效值曲線

（1）重聯(lián)動車組升6車弓時，后車主斷路器自動斷開原因：在D2004次重聯(lián)動車組后車主斷路器自動斷開之前，電壓出現(xiàn)明顯的上下波動，說明出現(xiàn)弓網(wǎng)接觸不良現(xiàn)象，且波形在通過零點(diǎn)時產(chǎn)生多個過零點(diǎn)，導(dǎo)致動車組牽引控制模塊TCU（牽引控制單元）錯誤控制交-直-交變換模塊，引起電流出現(xiàn)波動，當(dāng)供電電流波動至幅值超過530 A時，達(dá)到動車組保護(hù)閾值，造成主斷路器自動斷開。

（2）重聯(lián)動車組升6車弓時，前車主斷路器正常，后車主斷路器跳開原因：在故障時段，D2004次重聯(lián)動車組后車電壓波動幅度較大（如圖2、圖7、圖8、圖9所示），而相應(yīng)的D2004次重聯(lián)動車組前車電壓較穩(wěn)定（如圖3、圖10所示）。前組動車組先經(jīng)過該地段時，接觸網(wǎng)處于靜態(tài)，波動較小，弓網(wǎng)間能可靠接觸，平穩(wěn)受流。前組動車組通過后，受電弓已經(jīng)和接觸網(wǎng)饋電線共同作用，導(dǎo)致后組動車組經(jīng)過時出現(xiàn)弓網(wǎng)接觸不良現(xiàn)象。由于故障地點(diǎn)恰好在隧道口附近，并且為上下坡交匯點(diǎn)，同時有下行CRH2A型動車組擔(dān)當(dāng)?shù)腄5303次在此會車，加劇了弓網(wǎng)接觸不良的現(xiàn)象，導(dǎo)致D2004次重聯(lián)動車組后組動車組產(chǎn)生電壓波動，故D2004次重聯(lián)動車組前組動車組主斷路器正常，重聯(lián)動車組后組動車組主斷路器跳開。

（3）重聯(lián)動車組升6車受電弓時，后組主斷路器跳開，升3車受電弓時，主斷路器不跳原因：當(dāng)16車主控運(yùn)行時，升重聯(lián)動車組6車受電弓（6、14車）時，受電弓弓臂為閉口方向（順風(fēng)向），順風(fēng)向?qū)κ茈姽嬖谙蛳碌膲毫?，弓網(wǎng)間易發(fā)生接觸不良；升重聯(lián)動車組3車受電弓（3、11車）時，受電弓弓臂為開口方向（受電弓開口與運(yùn)行方向相同，為逆風(fēng)向），逆風(fēng)向?qū)κ茈姽邢蛏咸膲毫?，與受電弓閉口方向相比，弓網(wǎng)間發(fā)生接觸不良可能性很小，受電弓弓臂開口方向如圖12所示。

圖12 受電弓開閉口示意圖

兩種不同工況下，弓網(wǎng)間的接觸力會有區(qū)別，故升重聯(lián)動車組6車受電弓（6、14車）運(yùn)行時，出現(xiàn)重聯(lián)動車組后組動車組主斷路器跳開，而升重聯(lián)動車組3車受電弓（3、11車）運(yùn)行時，主斷路器不跳。

（4）同一地點(diǎn)其它車次主斷路器不跳原因：CRH5A型重聯(lián)動車組擔(dān)當(dāng)?shù)腄2002次重聯(lián)動車組運(yùn)行至D2004次發(fā)生主斷路器自動跳開故障地點(diǎn)時，在霍州東站至靈石東站區(qū)間為11.38‰的上坡線路，由于在前方需進(jìn)靈石東站停車，動車組會提前減速，運(yùn)行速度較低，弓網(wǎng)間影響較小，動車組不是滿功率運(yùn)行，因此所需電流不大，即使偶然出現(xiàn)弓網(wǎng)接觸不良現(xiàn)象，也不會發(fā)生主斷路器自動跳開故障。而CRH5A型重聯(lián)動車組擔(dān)當(dāng)D2004次交路時，D2004次在前方靈石站不?？?，因此動車組不減速，同時載客量為滿載，為滿功率運(yùn)行，動車組從接觸網(wǎng)取流值達(dá)到最大，且與下行的D5303次動車組存在會車點(diǎn)，出現(xiàn)受電弓接觸不良時可能導(dǎo)致瞬間過流，引起主斷路器自動保護(hù)跳開。

D2006次、D5332次運(yùn)行環(huán)境與D2004次運(yùn)行環(huán)境較為相似，均為不在前方靈石東站?？?，運(yùn)行至故障地點(diǎn)時，雖然不減速運(yùn)行，但是由于在該區(qū)段不發(fā)生會車，不會加劇弓網(wǎng)間接觸不良情況，故未發(fā)生主斷路器自動跳開現(xiàn)象。

5 整改措施

對于D2004次重聯(lián)動車組在特定的區(qū)間、時間和線路等綜合因素復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境下，出現(xiàn)規(guī)律性的后組動車組主斷路器自動跳開故障，通過形成原因分析，可以通過采取以下措施保證正常運(yùn)行。

（1）D2004次經(jīng)過該區(qū)間時使用3車受電弓。為避免升起6車受電弓弓臂開口為順風(fēng)狀態(tài)，導(dǎo)致受電弓承受向下壓力，與接觸網(wǎng)接觸不良，建議通過該區(qū)間時改為使用3車受電弓，保證受電弓弓臂開口為逆風(fēng)狀態(tài)，保證受電弓與接觸網(wǎng)的良好接觸，使得受流平穩(wěn)，避免接觸不良導(dǎo)致瞬時過流。

（2）對D2004次動車組通過該區(qū)段進(jìn)行限速。D2004次重聯(lián)動車組通過霍州東站至靈石東站時，司機(jī)可以采取與D2002次經(jīng)過該區(qū)間時同樣的速度通過；待經(jīng)過該區(qū)間后，再提速運(yùn)行，使得D2004次經(jīng)過該區(qū)間時不是滿功率取流，可以避免大功率運(yùn)行時，由于后組動車組受電弓與接觸網(wǎng)接觸不良造成瞬間過流引起主斷路器跳開故障發(fā)生。

（3）調(diào)整D2004次交路時刻。為滿足線路情況，建議調(diào)整D2004次與D5303次運(yùn)行交路，避免在K417+50 m隧道口附近出現(xiàn)交匯，降低在隧道區(qū)段會車時可能引起的接觸網(wǎng)波動，以避免D2004次動車組出現(xiàn)弓網(wǎng)接觸，引起瞬時過流造成主斷路器自動跳開現(xiàn)象。

（4）定期調(diào)整動車組受電弓靜態(tài)壓力。定期將CRH5A動車組受電弓升弓壓力調(diào)整為上限值，正常時受電弓壓力值為80±15 N·m，為保證升動車組6車受電弓時，降低高速運(yùn)行時順風(fēng)向帶來的向下壓力影響，在基準(zhǔn)升弓壓力值的基礎(chǔ)上，調(diào)整為90 N·m左右的升弓壓力，減少升弓壓力不夠帶來的不利因素。

6 整改效果

通過以上措施的落實(shí)，經(jīng)過1個月的監(jiān)測，3列6組動車組均未在該區(qū)段再次發(fā)生運(yùn)營中主斷跳開故障。故障產(chǎn)生的原因查找正確，解決措施有效可行，該故障已徹底消除。

［1］ 張冰，劉會平，韓通新.氣動力作用對弓網(wǎng)受流影響的研究分析［J］.鐵道列車車輛，2012（3）：132.

［2］ SEO J H，HIROYUKI S，AHMED A，et al.Three-Dimensional Large Deformation Analysis of the Multibody Pantograph/Catenary Systems［J］.Nonlinear Dynamics，2005，42（2）：199.

［3］ 官琪，王健.接觸網(wǎng)參數(shù)檢測與弓網(wǎng)動態(tài)性能控制策略研究［J］.電氣化鐵道，2014（3）：9.

［4］ 馬成.基于燃弧檢測裝置的弓網(wǎng)受流質(zhì)量試驗(yàn)分析［D］.成都：西南交通大學(xué)，2013.

［5］ 仲偉廣，梅桂明.受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)的抬升力研究［J］.高速鐵路技術(shù)，2013（6）：14.

［6］ 太原鐵路局.大西客專聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作手冊［R］.太原：太原鐵路局，2014：163.

Analysis and Research on Automatic Tripping Failures of CRH5A Train Main Circuit Breaker

GUO Kai

According to the problem of main switch automatic tripping on CRH5A train，the voltage and electricity at relevant test points are analyzed,the voltage abnormal point when the fault happens is detected,and the main reason for automatic tripping is confirmed.Then,corresponding measures are taken,such as the adjustment of the pantograph in certain sections.This research helps to solve the tripping problems and eliminate main switch faults.

motortrain unit； main circuit-breaker；pantograph

Author′s address Vehicle Service of Taiyuan Railway Bureau，030013，Taiyuan，China

U266.23+5

10.16037/j.1007-869x.2017.12.026

2017-06-25）