陳秉航

(中國鐵路南昌集團有限公司 福州動車段， 福州 350001)

隨著高鐵路網(wǎng)不斷擴充，動車組列車運行交路更加密集，列車跨等級線路運行更加普遍，因線路固定設備原因及動車組設備原因?qū)е碌牧熊囘^分相故障多發(fā)，文中收集分析福州動車段近5年來CRH1型動車組自動過分相故障數(shù)據(jù)，通過深入分析，查找故障控制措施。

1 CRH1型動車組自動過分相控制機理

1.1 動車組過分相工作過程

動車組運行牽引供電采用單相工頻交流供電方式，為保證電力系統(tǒng)三相供電平衡，接觸網(wǎng)采用分相段供電方式，相段間建立分相區(qū)實施絕緣間隔。列車在分相區(qū)內(nèi)采用斷電惰行方式運行。

動車組通過分相區(qū)時，接收到地面(磁鋼)位置信號后自動過分相系統(tǒng)根據(jù)當時列車速度、位置自動平滑地降低牽引電流、分斷主斷路器，通過分相區(qū)后，自動閉合主斷路器、控制牽引電流平滑上升。

1.2 接觸網(wǎng)分相區(qū)地面定位方式

速度為250 km/h以下線路規(guī)定：a=35 m，b=170 m；

速度為250 km/h以上線路規(guī)定：a=360 m，b=140 m。

動車組到達G1處收到地面磁鋼信號作為過分相的預告信號，此時主斷路器斷開。通過分相區(qū)，列車到達G3處收到磁鋼信號作為恢復信號，動車組主斷閉合。(圖中G2、G4磁鋼為備用磁鋼，G1、G3號失效時備份使用)

圖1 250 km/h以下線路地面感應器埋設參考圖

1.3 CRH1型動車組過分相邏輯關系

圖2、圖3揭示動車組在分相區(qū)運行期間列車運行控制系統(tǒng)對自動過分相信號邏輯控制原理。

一是動車組列車到達G1時接收到過分相預告信號，列車TCMS判定列車即將進入分相區(qū)并執(zhí)行列車減載斷主斷路器操作。如預告信號無法正常接收，列車在經(jīng)過G2接收強迫信號，強制斷開主斷路器。

圖2 磁鋼過分相信號及復位過分相信號互鎖圖1

圖3 磁鋼過分相信號及復位過分相信號互鎖圖2

二是列車惰行通過分相區(qū)后，CRH1型動車組檢測到網(wǎng)壓后結(jié)束過分相狀態(tài)，閉合主斷。邏輯控制電路在之后的200 m內(nèi)或7 s內(nèi)屏蔽地面設備信號使其不再作為預告信號，列車正常駛離。

2 CRH1型動車組自動過分相故障梳理分析

CRH1型動車組自動過分相故障主要表現(xiàn)形式為動車組過分相時列車主斷路器異常閉合或斷開，故障嚴重影響司機正常駕駛，司機發(fā)現(xiàn)異常后，因擔心帶電過分相或高壓設備故障，通常選擇區(qū)間停車處置，對行車秩序影響較大。

通過福州動車段故障梳理分析，CRH1型過分相故障主要劃分為5種類型，見圖4。

(1)線路固定設備異常引發(fā)。約占13%，較為典型的為杭深線新建惠安站下行鋼軌剩磁超標，導致通過該區(qū)段CRH1型動車組連續(xù)發(fā)生過分相指示燈亮、主斷異常斷開問題，查明原因后，施工部門對鋼軌進行消磁處理。

(2)動車組自動過分相裝置硬件故障引發(fā)。約占55.5%，主要表現(xiàn)為信號處理器、信號接受器故障。包括信號處理器接插件作用不良，接收器信號傳輸線運行中異物擊打損壞，信號接收器內(nèi)部元件擊穿等導致自動過分相系統(tǒng)無法正常工作。此類故障動車組信息系統(tǒng)顯示器IDU會警示故障信息，動車組司機會得到明確的警示信息和操作提示，并對故障動車組采取手動過分相方式維持運行，待入庫后修復。

(3)CRH1型動車組自動過分相控制邏輯與分相區(qū)段地面感應器埋設參數(shù)不匹配引發(fā)。此類故障約占10.2%，原因為動車組自動過分相控制邏輯與線路分相區(qū)段地面感應器埋設參數(shù)不匹配，動車組以特定速度通過分相區(qū)段時TCMS接收并輸出錯誤動作信號，導致動車組主斷路器異常動作。此類異常不涉及硬件質(zhì)量缺陷，完全由軟件邏輯判斷錯誤導致，動車組故障診斷系統(tǒng)無法提供診斷幫助和警示提示，隱蔽性較高。

(4)動車組過分相設備不符合標準引發(fā)。此類故障約占13.6%，多為動車組過分相接收器高度、過分相感應接收器線圈的電阻值不符合標準，導致自動過分相主機接收到錯誤信號或者無法接收信號，主斷無法正常閉合與斷開。

(5)異常信號干擾引發(fā)。此類故障約占7.5%，多為過分相主機受到外界諧波干擾，出現(xiàn)信號輸出異常，導致主斷的異常閉合與斷開。

圖4 CRH1型動車組自動過分相故障類別分布

3 CRH1型動車組質(zhì)量原因引發(fā)自動過分相典型故障分析

3.1 動車組過分相設備不符合標準引發(fā)自動過分相故障

2017年10月CRH1A-1149動車組運營時偶發(fā)過分相時主斷不能自動斷開，列車信息系統(tǒng)未提示任何相關故障。

列車入庫后，地勤檢修人員對自動過分相設備進行詳查并做性能試驗，均未發(fā)現(xiàn)異常。為查找故障原因，技術(shù)人員采集線上運行正常的車組過分相時的監(jiān)控信號，與故障車組過分相時的監(jiān)控信號進行對比分析。

圖5 自動過分相正常過程

圖5顯示動車組正常過分相時，信號接收順序為：預告信號-強迫信號-預告合信號，主斷路器在強迫過分相點前已完成斷開操作，強迫信號在預告信號正常工作的情況下，并不起作用，主斷路器經(jīng)歷一次斷-合過程。

圖6 故障動車組自動過分相異常過程

圖6顯示故障動車組過分相時，信號接收順序為：預告信號-預告合信號-強迫信號-預告合信號，動車組在進入分相區(qū)前，主斷路器經(jīng)歷一次斷-合-斷，主斷路器工作流程出現(xiàn)錯誤，動車組接收預告信號斷開后，在接收強迫信號前接收到異常預告合信號，主斷未在強迫過分相點之前正常斷開。

技術(shù)分析及功能檢查排除線路等固定設備原因及信號處理器故障原因。分析指向動車組信號接收器接收并傳送錯誤信號導致故障發(fā)生，但檢測接收器技術(shù)指標(阻值)正常。

后經(jīng)調(diào)閱近期故障動車組檢修記錄發(fā)現(xiàn)，前期檢測動車組過分相接收器高度數(shù)值為110 cm(標準值為(110+20 cm))，經(jīng)現(xiàn)場檢測故障動車組過分相接收器高度值為109.8 cm，低于標準值。采取措施將過分相接收器高度調(diào)整至120 cm后，該車組在相應區(qū)段未出現(xiàn)同類故障。最終判定故障原因為動車組過分相接收器高度不符合要求，導致功能異常。

3.2 CRH1型動車組過分相控制邏輯與分相區(qū)段地面感應器埋設參數(shù)不匹配引發(fā)自動過分相故障

(1)2018年12月CRH1A-1115動車組(湖口站至武漢站區(qū)間)過分相后主斷異常斷開，司機手動閉合后運行正常。故障信號監(jiān)控表明在該區(qū)段列車過分相主斷正常閉合后又異常斷開的現(xiàn)象共出現(xiàn)3次。

分析列車監(jiān)控數(shù)據(jù)，還原列車過分相過程：①列車到達G1點接收預告信號，并斷開全列主斷路器。②列車運行713 m后，通過分相區(qū)后檢測到網(wǎng)壓信號閉合主斷。③網(wǎng)壓恢復正常后，列車行駛200 m均未收到過分相信號,重置過分相狀態(tài)，并脫離信號屏蔽狀態(tài)。④列車運行89 m后，接到G3恢復信號時，系統(tǒng)誤判為下一分相區(qū)預告信號，全列主斷路器斷開。

圖7顯示了列車進入分相區(qū)段后接收信號時的相對位置圖。

圖7 列車接收信號相對位置圖

經(jīng)分析，該區(qū)段3次主斷異常斷開過程基本一致。結(jié)合CRH1型動車組邏輯控制原理分析可知，CRH1型動車組過分相使用預告信號G1定位斷開主斷路器，在正常過分相過程中G2、G3、G4均僅作為備用信號。列車在通過分相區(qū)檢測到網(wǎng)壓后，TCMS(列車控制系統(tǒng))自動閉合主斷路器駛離分相區(qū)，此時G3、G4均被系統(tǒng)屏蔽。(此控制原理區(qū)別于其他類型動車組)

由于高鐵線路分相區(qū)段地面感應器埋設參數(shù)改變，G4點到分相區(qū)結(jié)束端點(網(wǎng)壓正常點)距離達到500 m，列車低速通過分相區(qū)后滿足了CRH1型動車組邏輯電路兩個輸入條件：一是在7 s內(nèi)未駛離地面磁鋼區(qū)域;二是檢測到網(wǎng)壓后列車運行超過200 m；邏輯電路結(jié)束信號屏蔽狀態(tài)。之后當列車駛過G3恢復信號磁鋼，動車組自動過分相系統(tǒng)將其誤判為下一個分相區(qū)預告信號，指令列車錯誤斷開主斷。

(2)2019年元月CRH1A-1140動車組在古田北-南平北區(qū)間分相區(qū)處主斷未斷開，手動過分相后正常，且此故障多次出現(xiàn)于運行在此區(qū)段的CRH1型動車組。

故障發(fā)生后，技術(shù)人員添乘并監(jiān)控到這一種概率較低的故障現(xiàn)象，即列車運行條件恰好滿足圖7中(3)(4)點位置重合時發(fā)生的特殊故障現(xiàn)象。通過邏輯控制原理分析判明了故障原因，即CRH1型動車組在通過前一分相區(qū)檢測到網(wǎng)壓閉合主斷后，因同時滿足了兩個條件：一是在列車有電行駛7 s未駛離地面磁鋼區(qū)域;二是檢測到網(wǎng)壓后列車運行達到200 m復位過分相信號時，動車組恰好同時檢測到恢復信號。此時邏輯控制電路輸出結(jié)果是屏蔽所有磁鋼信號，致使動車組進入下一分相區(qū)段時預告信號和強迫信號被屏蔽，進分相區(qū)前主斷無法斷開?？刂圃硪妶D8。

綜合以上兩件典型故障分析可知CRH1型動車組自動過分相邏輯控制設置方面按照250 km/h線路分相區(qū)段地面感應器埋設參數(shù)條件設計，當動車組跨等級進入300 km/h等級線路(合福線、武九線)運行時，G1、G2、G3、G4磁鋼埋設位置發(fā)生變化。動車組列車在特定運行速度條件下通過分相區(qū)段時，系統(tǒng)輸出異常判斷導致列車主斷異常動作。

圖8 原理分析圖

4 CRH1型動車組自動過分相故障控制對策措施

(1)提升固定設備異常故障處置效率。對新建線路、固定設備部件因剩磁超標導致自動過分相系統(tǒng)錯誤觸發(fā)，提示進入分相區(qū)并分斷主斷路器的故障。加強動車組運營過程異常信息收集匯總分析，加強列車監(jiān)控數(shù)據(jù)分析，判明故障原因，明確故障區(qū)間處所，及時向設備管理部門反饋準確信息，提升處置效率。

(2)提升動車組自動過分相系統(tǒng)檢修質(zhì)量和應急處置能力。一是加強動車組運營故障信息分析傳遞。保證檢修人員及時充分共享運營異常信息，確保分析結(jié)果和控制措施有效落實至作業(yè)層。針對常見信號處理器接插件作用不良，接收器信號傳輸線運營中異物擊打等問題優(yōu)化作業(yè)指導書檢查細節(jié)和流程，做到早發(fā)現(xiàn)早處置，控制設備故障率。二是結(jié)合運營經(jīng)驗優(yōu)化技術(shù)標準。針對動車組過分相接收器高度不達標導致的故障問題，認真分析質(zhì)量管控環(huán)節(jié)原因。發(fā)現(xiàn)雖檢修測量數(shù)值在標準范圍內(nèi)，但動車組運營后因載客因素、輪對磨耗、運行影響等導致實際參數(shù)不達標并最終發(fā)生影響運營故障。為此技術(shù)部門組織論證優(yōu)化技術(shù)標準，將標準值由現(xiàn)行(110+20) cm調(diào)整為(115+15) cm。三是提升隨車機械師應急處置能力，對列車信息系統(tǒng)提示警示的過分相系統(tǒng)故障，協(xié)助司機確認并采取手動方式過分相，減少故障對行車干擾。

(3)臨時性管控措施與源頭質(zhì)量改造相結(jié)合，控制CRH1型動車組過分相異常影響。一是梳理CRH1型自動過分相故障高發(fā)運行交路和區(qū)段，設置安全提示卡進行揭示，提示乘務人員故障現(xiàn)象和區(qū)間并明確處置措施，指導司機和隨車機械師正確處置降低故障影響。對于分相區(qū)段CRH1型動車組主斷異常閉合或斷開的，結(jié)合地面磁鋼位置確認屬上述因素導致的及時采取手動閉合主斷或手動過分相措施，避免影響行車秩序。二是研討優(yōu)化CRH1型動車組自動過分相控制參數(shù)。對因CRH1型動車組控制邏輯無法完全兼容300 km/h高鐵線路過分相的問題，經(jīng)與主機廠研討決定采取優(yōu)化軟件信號屏蔽距離的方法解決，即將目前CRH1型動車組過分相區(qū)閉合主斷后屏蔽地面信號距離由200 m延長至800 m。2019年下半年對運營列車進行升級改造，從源頭解決類似故障發(fā)生。

5 結(jié)束語

通過對近年來CRH1型動車組自動過分相故障進行梳理分析，對動車組質(zhì)量引起的過分相故障深入分析，提出CRH1型動車組自動過分相故障控制對策措施。運營控制措施采取后，有效減少了CRH1型動車組分相區(qū)段異常停車事件的發(fā)生。隨著動車組控制參數(shù)的優(yōu)化，將在源頭質(zhì)量方面防止故障的發(fā)生，提升列車運營安全管理水平。