楊成

摘要：高速動車組的電制動系統(tǒng)通常在接觸網(wǎng)網(wǎng)壓29kV以下、列車速度10～200km/h的工況下工作。在電分相區(qū)段，高速動車組依靠制動電阻器消耗牽引電機產(chǎn)生的能量進行電制動（只有在速度高于35km/h且需要電制動時可用，一旦激活可以在10km/h時應(yīng)用）。電阻制動器每列車安裝5個，分別安裝在1號、2號、4號、7號、8號車的車頂上。電制動能夠有效降低高速動車組的空氣制動閘片磨耗量，并延長閘片的使用壽命。經(jīng)現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)，電制動失效時，高速動車組動軸制動閘片最高溫度超過600℃，而長時間的高溫環(huán)境容易造成車下相關(guān)設(shè)備的損壞。

關(guān)鍵詞：高速動車組；電制動失效；改進措施

本文通過對鐵路蘭新線高速動車組電制動失效的分析，確定故障原因，制定有效的改進措施以降低電制動失效對車輛產(chǎn)生的影響。

1車組制動系統(tǒng)組成及關(guān)鍵部件

CRH380A型動車組制動系統(tǒng)由電動空氣壓縮機、S39乙型氣壓開關(guān)、制動控制裝置、救援轉(zhuǎn)換裝置、滑行控制閥裝置、BP救援裝置、停放制動控制裝置等關(guān)鍵部件組成。以下我們將對其中的重要部件進行相關(guān)介紹：

電動空氣壓縮機是固定式、風(fēng)冷、噴油螺桿壓縮機，為車載制動系統(tǒng)和其他氣動部件的正常工作提供壓縮空氣。

S39乙型氣壓開關(guān)由空氣部及電氣接觸部所構(gòu)成，通過空氣壓力的變化來控制電路開閉，實現(xiàn)制動回路控制。

制動控制裝置為制動控制器、空氣制動相關(guān)閥門以及儲氣缸的組合單元，是動車組制動控制的核心單元。

救援轉(zhuǎn)換裝置通過BP壓力的輸入轉(zhuǎn)換為常用制動指令，實現(xiàn)救援車輛與被救援車輛的制動控制。

滑行控制閥裝置為車輛施加空氣制動時接受由滑行檢測器發(fā)出的制動緩解信號及再制動信號，控制制動缸壓縮空氣供氣的打開、關(guān)閉及排氣，防止發(fā)生車輪滑行并抑制制動距離延伸。

BP救援裝置通過將本車的制動電指令轉(zhuǎn)換成制動管壓力（BP壓力），控制被救援車輛的制動力。

停放制動控制裝置通過停放指令對停放制動壓力進行控制。接收到停放制動ON信號時，電磁閥排氣動作，排出停放制動缸內(nèi)的壓力空氣，讓停放制動動作。

2網(wǎng)壓采集原理

2.1網(wǎng)壓/網(wǎng)流檢測裝置

高速動車組通過集成儀表箱或集成檢測裝置采集接觸網(wǎng)網(wǎng)壓和網(wǎng)流，即通過電路將網(wǎng)壓轉(zhuǎn)換為7路模擬信號輸出至5輛動車牽引控制單元（TCU）和本地牽引控制模塊（CLT），將網(wǎng)流轉(zhuǎn)換為2路模擬信號輸出至CLT。

2.2網(wǎng)壓信號采集

TCU采集3號或6號車網(wǎng)壓/網(wǎng)流檢測裝置發(fā)送的網(wǎng)壓信號，用于TCU內(nèi)部邏輯運算。

CLT采集3號或6號車網(wǎng)壓/網(wǎng)流檢測裝置發(fā)送的網(wǎng)壓和網(wǎng)流信號，用于列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS）內(nèi)部邏輯運算。由于TCMS采集網(wǎng)壓信號時經(jīng)過多次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，故通過TCMS監(jiān)控到的網(wǎng)壓值與CLT設(shè)備和TCU監(jiān)控的網(wǎng)壓值存在一定誤差。

3電制動失效條件

高速動車組電制動失效的條件如下：①當(dāng)動車組在制動狀態(tài)時逆變器關(guān)閉；②當(dāng)動車組在電制動狀態(tài)下，輸出功率小于預(yù)設(shè)電制動功率的50%時，延時3s電制動失效；③制動變阻器的溫度超過600℃；④互鎖閥故障；⑤牽引輔助變流器冷卻液超過70℃。

根據(jù)時速250km動車組技術(shù)條件和設(shè)計要求：高速動車組在TCU軟件中設(shè)定了接觸網(wǎng)網(wǎng)壓與輸出功率的關(guān)系曲線，網(wǎng)壓在29.0～31.5kV間輸出功率線性下降至零，此時動車組逆變器停止工作，牽引電機不再輸出功率。同時，根據(jù)電制動故障條件，當(dāng)動車組在電制動狀態(tài)，輸出功率小于預(yù)設(shè)電制動功率50%時，延時3s電制動失效。

4電制動失效故障典型案例分析

4.1故障現(xiàn)車排查

2015年5月25日，蘭新線動車組在運行時發(fā)生電制動丟失情況。維保人員隨后對蘭州西—嘉峪關(guān)南區(qū)間承擔(dān)D2741、D2742次列車交路的動車組進行了全面監(jiān)控檢查，具體檢查結(jié)果如下：（1）下載TCU數(shù)據(jù)，分析變流器在電制動失效時段的故障數(shù)據(jù)，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)任何故障數(shù)據(jù)記錄，僅有狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄（如接觸網(wǎng)網(wǎng)壓大于29kV的記錄）。（2）檢查電制動切除按鈕線路供電狀態(tài)及相關(guān)控制板卡，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常。（3）檢查故障車輛的互鎖閥，發(fā)現(xiàn)互鎖閥均能正常動作。（4）檢查故障車輛TCU數(shù)據(jù)記錄中的冷卻液溫度，結(jié)果均在正常范圍內(nèi)（低于70℃）。（5）檢查制動變阻器的外觀狀態(tài)，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常情況。

4.2動車組數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)顯示TCU采集的接觸網(wǎng)網(wǎng)壓為29.08kV。通過對故障動車組的TCMS數(shù)據(jù)及TCU數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時，TCMS數(shù)據(jù)記錄為“TCU檢測到電制動故障”，在電制動失效區(qū)段，TCU記錄的接觸網(wǎng)網(wǎng)壓超過29kV。

4.3蘭新線網(wǎng)壓調(diào)查

對觀花臺牽引變電所27.5kV母線電壓情況進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)T線接觸網(wǎng)電壓為28.8kV；同時對觀花臺牽引變電所330kV電壓進行檢測，結(jié)果發(fā)系統(tǒng)A、B、C電壓分別為364.5kV、365.3kV、364.9kV。

通過蘭州—嘉峪關(guān)南區(qū)間接觸網(wǎng)網(wǎng)壓監(jiān)控波形可以看出：09：35：57—09：42：50時間段網(wǎng)壓持續(xù)大于29kV，持續(xù)時間近7min；09：43：51—09：53：55時間段網(wǎng)壓持續(xù)大于29kV，持續(xù)時間10min；10：00：34—10：08：34時間段網(wǎng)壓持續(xù)大于29kV，持續(xù)時間8min。

根據(jù)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓調(diào)查可知，蘭新線蘭州西—嘉峪關(guān)南區(qū)間部分區(qū)段接觸網(wǎng)網(wǎng)壓大于29kV，且持續(xù)時間大于5min。

5網(wǎng)壓超限對動車組的影響

5.1牽引工況下的影響

牽引工況下，接觸網(wǎng)網(wǎng)壓超限對動車組的影響主要表現(xiàn)在：（1）網(wǎng)壓在22.5～29.0kV間牽引功率保持在額定功率范圍內(nèi)；（2）網(wǎng)壓在22.5～19.0kV間牽引功率線性下降至額定功率的84%；（3）網(wǎng)壓在19.0～17.5kV間牽引功率線性下降至零，輔助設(shè)備應(yīng)正常工作；（4）網(wǎng)壓在29.0～31.0kV間牽引功率線性下降至零，輔助設(shè)備應(yīng)正常工作。

TCU監(jiān)控顯示，當(dāng)網(wǎng)壓超過29kV時，列車處于減功率運行（正常牽引功率為550kW）狀態(tài)，牽引力減小，。

5.2制動工況下的影響

MPU監(jiān)控顯示，當(dāng)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓超過29kV，且牽引制動手柄處于制動位時，為防止電制動進一步提升網(wǎng)壓，此時禁止電制動施加，而采用空氣制動進行補償，但這會導(dǎo)致制動盤溫度過高。

6改進措施

為解決蘭新線高速動車組經(jīng)常出現(xiàn)由于網(wǎng)壓偏高導(dǎo)致電制動失效問題，使高速動車組更好地適應(yīng)蘭新線網(wǎng)壓高和長大坡道多狀況，通過長期試驗后，提出了以下網(wǎng)壓適應(yīng)性參數(shù)調(diào)整優(yōu)化方案：將TCU中網(wǎng)壓限制電制動力閾值配置參數(shù)提高，由29kV提升至30.5kV。參數(shù)調(diào)整可有效改善電制動丟失導(dǎo)致的制動摩擦副過度磨耗問題。

通過牽引制動工況下牽引力和電制動力限制的測試，可以確認(rèn)參數(shù)調(diào)整后，網(wǎng)壓對牽引力限制仍為31kV，對電制動力限制變?yōu)?0.5kV。軟件修改可以提高網(wǎng)壓對電制動力輸出的限制判定閾值，且對其他無影響。

結(jié)論

當(dāng)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓大于29kV且持續(xù)時間大于5min，TCU檢測到接觸網(wǎng)網(wǎng)壓為29.0～31.5kV，牽引電機輸出功率線性下降至零。根據(jù)電制動故障條件，車組在電制動狀態(tài)下，輸出功率小于預(yù)設(shè)電制動功率50%時，延時3s電制動失效。由于恒速功能通過電制動調(diào)節(jié)，故當(dāng)電制動失效時動車組的恒速功能同樣失效。

根據(jù)電制動失效的運行情況分析，采用調(diào)整網(wǎng)壓限制電制動力閾值的配置參數(shù)，能夠有效保證電制動力的正常使用，降低制動摩擦副過度磨耗問題，保證高速動車組的運行可靠度，在安全可靠的前提下拓寬網(wǎng)壓的有效應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]趙進.動車組制動實驗系統(tǒng)研究[D].北京交通大學(xué)，2018.

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（作者單位：北京鐵路集團天津動車客車段天津動車所）