CRH1型動車組運用中LCB異常斷開的原因分析和處置方法

鄭　敏， 翁依弟

(南昌鐵路局　福州動車段， 福建福州 350001)

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CRH1型動車組運用中LCB異常斷開的原因分析和處置方法

鄭敏， 翁依弟

(南昌鐵路局福州動車段， 福建福州 350001)

根據(jù)CRH1型動車組網(wǎng)側主斷路器(LCB)的結構功能和工作原理，結合運用中發(fā)生的異常斷開故障實際情況，分析了運用中網(wǎng)側主斷路器異常斷開的主要原因，并提出相應的處置方法。

CRH1型動車組； LCB； 原因分析； 處置方法

CRH1型動車組的LCB(網(wǎng)側斷路器，Line Circuit-Breaker)，安裝在受電弓和主變壓器原邊繞組之間，作為電源主開關用以斷開或接通動車組與高壓接觸網(wǎng)間的電源電路，并在動車組牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，作為安全保護系統(tǒng)的一部分斷開接觸網(wǎng)側供電電源。LCB的正常工作是動車組列車安全運行的必要條件。

1　LCB的結構組成及工作原理

1.1LCB的結構組成

CRH1型(799系、796系、790系)動車組裝用的是泰科網(wǎng)側斷路器，采用電子-機械操作模式，不需要壓縮空氣。其主要結構組成如圖1所示。

1-真空斷續(xù)器組件；2-上驅動外罩；3-驅動桿；4-接地開關機構；5-接地臂；6-下外殼；7-接地開關操作手柄；8-車輛接口連接器；9-設備識別標簽；10-支撐絕緣子；11-聯(lián)鎖鑰匙交換器。

圖1泰科網(wǎng)側斷路器主要結構部件圖

1.2LCB的工作原理

LCB使用列車蓄電池電源和一個內嵌儲能電容器來改變一個磁性操動機構的狀態(tài)，當操動機構改變狀態(tài)時，會通過一個外部驅動桿和兩個鐘錘杠桿機構來移動真空斷續(xù)器內的網(wǎng)側電壓觸點，以實現(xiàn)斷路器的閉合或斷開。當LCB收到動車組TCMS系統(tǒng)(Train Control and Management System 列車控制管理系統(tǒng))發(fā)出的一個有效閉合指令時, 蓄電池電壓電路為磁性操動機構提供電源，使操動機構移向閉合位，操動機構狀態(tài)的改變提供了一種推力，這種推力促使外部驅動桿將真空斷續(xù)器的移動觸點閉合。一旦操動機構改變了狀態(tài)，永久磁鐵會提供一種推力足以使接觸彈簧機構將真空斷續(xù)器內的網(wǎng)側電壓觸點保持吸合。同理，當LCB接收到TCMS系統(tǒng)發(fā)出的取消閉合指令即斷開指令時，給磁性操動機構提供電源促使其移至斷開位。

2　LCB運用中異常斷開故障統(tǒng)計

對單位配屬的41組CRH1A型動車組2年時間內所發(fā)生的LCB運用中異常斷開故障，按引發(fā)異常斷開的原因進行分類統(tǒng)計和分析，具體故障情況比例如表1。

3　LCB運用中異常斷開的原因分析和對應的處置方法

從表1可看出，當接觸網(wǎng)側異常、動車組負載側異常、斷路器本體故障和錯誤接收到斷開指令等情況發(fā)生時，都會造成LCB運用中發(fā)生異常斷開。

表1　異常故障統(tǒng)計表

3.1因接觸網(wǎng)側異常引發(fā)的LCB異常斷開

3.1.1接觸網(wǎng)側異常的主要原因

(1) 接觸網(wǎng)側受流異常主要表現(xiàn)為：網(wǎng)側過流故障(故障代碼為3218、3418)、網(wǎng)側過電流測量故障(故障代碼3222、3422)。

(2) 接觸網(wǎng)供電異常主要因為網(wǎng)側電壓的干擾，高壓接觸網(wǎng)供電電壓不穩(wěn)定，網(wǎng)側電壓不正常(網(wǎng)側電壓高于29 kV或低于20 kV，故障代碼3100)，干擾了動車組高壓供電牽引系統(tǒng)，動車組自動保護性降下受電弓。

3.1.2應對處置方法

(1) 如果動車組TCMS系統(tǒng)監(jiān)測判斷到接觸網(wǎng)側的瞬間假故障，則動車組自動進行高壓系統(tǒng)配置，自動切換受電弓，不必進行任何操作，待系統(tǒng)完成換弓操作。如果自動換弓未能完成，改為手動換弓。

(2) 如果發(fā)生網(wǎng)側過流故障，30 min內出現(xiàn)3次，則高壓系統(tǒng)將被永久封鎖，僅能通過主控復位來解除封鎖。結合實際運用，發(fā)生網(wǎng)側過電流故障通常是由于網(wǎng)側高壓電路接地短路造成，車組將自動降弓，并封鎖相鄰的高壓設備。當受電弓升起受流時，網(wǎng)側電流通過電流互感器(變比為800∶5 A)進行測量。經(jīng)過測量的電流值通過網(wǎng)側電路檢測回路流經(jīng)p1.k2.35過流繼電器，如果電流值大于其設定值2.8 A，則過流繼電器動作，車組報出網(wǎng)側過電流故障。

圖2　CRH1A型動車組高壓設備布置示意圖

根據(jù)接地放電點的不同，對存在短路的車頂網(wǎng)側高壓設備采取如下應急措施：

(a) 如只是TP1的上網(wǎng)側高壓設備出現(xiàn)短路過流情況，可在IDU上斷開線路斷路器1并將其隔離,使該動力單元的高壓供電停止，將TP1的受電弓隔離，使用TP2上的受電弓受流，以另兩個動力單元維持運行。

(b) 如只是TP2的上網(wǎng)側高壓設備出現(xiàn)短路過流情況，可在IDU上斷開線路斷路器2并將其隔離,使該動力單元的高壓供電停止，將TP2上的受電弓隔離，重新升起TP1的受電弓受流，以另兩個動力單元維持運行。

(c) 如只是Tb車上的網(wǎng)側高壓設備出現(xiàn)短路過流情況，可在IDU上將線路斷路器1及線路斷路器2都斷開并隔離。此時因高壓母線被斷開，僅能使用TP1或者TP2的單個動力單元限速運行。

(3) 當接觸網(wǎng)電壓不在正常范圍內(低于20 kV或高于29 kV)，動車組會自動降弓并斷開主斷路器；網(wǎng)壓高于30 kV,5 min以上時，主斷路器也將自動斷開。通知相關鐵路部門檢查該區(qū)段高壓接觸網(wǎng)、供電穩(wěn)定性并對存在的問題及時進行處理。待接觸網(wǎng)壓調整到正常值(穩(wěn)定20～29 kV范圍內)后，在IDU上做主控復位，重新升弓。

(4) 受電弓故障引發(fā)的LCB斷開并自動降弓。通常是由于碳滑板或碳滑板監(jiān)測管路漏風引起，可把ADD(碳滑板檢測裝置)供給閥關閉。若是受電弓出現(xiàn)機械故障，則需按以下步驟操作：

(a) 降弓停車，下車目視檢查故障弓技術狀態(tài)，確認弓已降下。

(b) 切除故障受電弓的主斷路器。(若僅為受電弓機械故障導致自動降弓無法再次升起時,則不必要將正常的主斷路器隔離而失去一個單元的動力，建議只將故障受電弓從IDU上隔離并切斷升弓風路即可，這樣可確保車組不限速維持運行。如受電弓降弓狀態(tài)下機械部件脫落造成網(wǎng)側高壓接地，可參照網(wǎng)側過流故障的應急方法處理，主控復位后將該受電弓及該動力單元的線路斷路器隔離，使高壓接地的部分與高壓母線完全斷開隔離。)

(c) 切斷升弓風路。

(d) 切換受電弓，使用剩余動力運行。

3.2動車組負載側異常引發(fā)的LCB異常斷開

(1)動車組負載異常的主要原因

動車組牽引供電系統(tǒng)或用電設備發(fā)生如變壓器二次繞組短路、主變壓器內油位過低或油溫超溫、直流環(huán)節(jié)短路、一個IGBT上的拉弧、GDU故障、相位間短路、DCU/L MVB、DCU/M MVB通訊故障等都可能引發(fā)單元內LCB異常斷開。

(2)應對處置方法

當出現(xiàn)上述原因的故障而引發(fā)LCBT(網(wǎng)側主斷路器)異常跳開時，往往伴隨著網(wǎng)側變流器LCM立即被自動隔離。同時，高壓供電、牽引系統(tǒng)也能夠自動檢測到上述故障，并將故障信息數(shù)據(jù)反饋到ODBS以供下載分析。此時動車組設備故障是很難自動恢復的，但如果是單個變流器LCM出現(xiàn)上述故障時，只有變流器LCM或MCM發(fā)生故障單元的LCBT會自動斷開，其他單元LCBT不會受到影響，這時可根據(jù)LCM或MCM發(fā)生故障的實際情況，采取對故障變流器LCM或MCM進行復位操作，或切除隔離故障的變流器，以降低對動車組列車牽引供電整體系統(tǒng)的影響。

3.3因LCB本體故障引發(fā)的異常斷開

(1)因為LCB主體是安裝在車頂外露部位，運用中長期受到風雨粉塵的侵蝕，會使絕緣橡膠件的老化龜裂甚至破損等，造成斷路器本體絕緣值降低和動作結構機械卡滯故障發(fā)生，繼而引發(fā)了LCB運用中出現(xiàn)異常斷開故障。

(2)如果LCB因故障斷開后無法閉合，在IDU顯示主斷路器的狀態(tài)為紅邊框，同時會報出LCBT不按指令閉合故障，按以下步驟操作：

(a) 在IDU高壓界面下點選此斷路器，切除幾秒鐘后再切入。

(b) 如仍顯示故障，則在合適的時間停車進行降弓，主控復位。

(c) 若以上兩點操作后仍無法閉合時，為斷路器內部存在硬件上的故障，則應在IDU上手動隔離此故障斷路器，根據(jù)情況確定是否需要改升另外一個受電弓，確保車組有最大動力，待動車組回庫后進一步處理。

3.4因接收到異常斷開指令引發(fā)LCB異常斷開

(1) 接收到異常指令的主要原因

地面線路干擾磁場過大而產生了假信號，動車組過分相裝置收到了地面假分相區(qū)信號，致使自動過分相裝置動作，按照動車組TCMS系統(tǒng)安全控制邏輯，TCMS系統(tǒng)會立即給LCB發(fā)出斷開指令，繼而造成LCB錯誤斷開。(此類故障在新線區(qū)段發(fā)生的概率較高)。

(2) 應對處置方法

(a) 動車組運行中，動車組司機及時重新按壓一下升弓鍵或分相區(qū)鍵，動車組就可恢復正常。

(b) 事后要檢測搜索出造成磁場假信號致使自動過分相裝置動作的具體地點，縮小干攏磁場的具體方位，對產生干擾磁場的部件進行消磁處理，以徹底消除隱患。

4　結束語

動車組高壓供電牽引系統(tǒng)的良好運用是提供安全優(yōu)質乘車環(huán)境的重要基礎。通過統(tǒng)計分析配屬的41組CRH1A型動車組在2年時間內運用中發(fā)生的網(wǎng)側斷路器異常動作的情況，按引發(fā)異常斷開的原因進行了分類統(tǒng)計和原因分析，并提出相應的應急處置方法。在后續(xù)近一年的運用實踐中也證明了提出的LCB故障應急處置方法是合理有效的，特別是對該型動車組運行中發(fā)生LCB異常斷開故障時的應急處置具有較強的指導意義。有利于提高CRH1型動車組供電牽引系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為旅客創(chuàng)造更加安全優(yōu)質的乘車環(huán)境。

[1]張曙光.CRH1型動車組[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[2]泰科網(wǎng)側斷路器使用說明，BST公司.操作與維護說明書[R].2007.

[3]周睿娟.CRH1型動車組LCBT控制電路的改進[J].鐵道機車車輛，2011,31(1)：111-112.

[4]韓通新.弓網(wǎng)受流中出現(xiàn)連續(xù)花火的原因分析[J].鐵道機車車輛，2003，23(3)：58-61.

Abnormal Disconnect Analysis and Disposal Methods of LCB for CRH1Multiple Units

ZHENG Min, WENG Yidi

(Fuzhou Depot for Multiple Units, Nanchang Railway Bureau, Fuzhou 350001 Fujian, China)

Based on the structure function and operating principle of line circuit-breaker (LCB), the main causes of abnormal disconnection faults of LCB are analyzed in practical application, and the corresponding disposal methods are given.

CRH1multiple units; LCB(line circuit-breaker); reason analysis; disposal methods

1008-7842 (2016) 01-0090-03

男，高級工程師(

2015-08-13)

U266.2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.23