CRH1型動車組自動過分相故障控制措施研究

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(shè)備原因及動車組設(shè)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(yù)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(fù)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(yīng)器埋設(shè)參考圖

1.3 CRH1型動車組過分相邏輯關(guān)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(yù)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(yù)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(fù)位過分相信號互鎖圖1

圖3 磁鋼過分相信號及復(fù)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(shè)備信號使其不再作為預(yù)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(shè)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(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)。

(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(yīng)器埋設(shè)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(yīng)器埋設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)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(yīng)接收器線圈的電阻值不符合標準，導(dǎo)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(dǎo)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(shè)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(guān)故障。

列車入庫后，地勤檢修人員對自動過分相設(shè)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(yù)告信號-強迫信號-預(yù)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(yù)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(yù)告信號-預(yù)告合信號-強迫信號-預(yù)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(yù)告信號斷開后，在接收強迫信號前接收到異常預(yù)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(shè)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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)器埋設(shè)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(yù)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(fù)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(fù)信號時，系統(tǒng)誤判為下一分相區(qū)預(yù)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(yù)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(yīng)器埋設(shè)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(fù)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(yù)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(fù)位過分相信號時，動車組恰好同時檢測到恢復(fù)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(yù)告信號和強迫信號被屏蔽，進分相區(qū)前主斷無法斷開。控制原理見圖8。

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(shè)置方面按照250 km/h線路分相區(qū)段地面感應(yīng)器埋設(shè)參數(shù)條件設(shè)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(shè)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(dǎo)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(shè)備異常故障處置效率。對新建線路、固定設(shè)備部件因剩磁超標導(dǎo)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(shè)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(yīng)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(dǎo)書檢查細節(jié)和流程，做到早發(fā)現(xiàn)早處置，控制設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(shè)置安全提示卡進行揭示，提示乘務(wù)人員故障現(xiàn)象和區(qū)間并明確處置措施，指導(dǎo)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(dǎo)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。