動(dòng)車組高壓接地故障分析與處置

梁彥軍

（中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸調(diào)度指揮中心，北京 100844）

0 引言

高壓供電設(shè)備作為動(dòng)車組關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到列車運(yùn)行的安全性和可靠性。高壓設(shè)備發(fā)生接地故障如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并正確處置，會(huì)造成列車高壓供電失效和中斷行車，甚至?xí)?dǎo)致接觸網(wǎng)斷線等故障，嚴(yán)重影響高鐵運(yùn)行安全和運(yùn)輸秩序。目前我國(guó)動(dòng)車組均具有高壓接地檢測(cè)功能，但由于各型動(dòng)車組高壓接地檢測(cè)和保護(hù)原理不同，排查和應(yīng)急處置工作復(fù)雜，動(dòng)車組區(qū)間停車時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、救援不及時(shí)影響高鐵運(yùn)輸秩序的情況時(shí)有發(fā)生。

1 高壓接地故障典型現(xiàn)象

動(dòng)車組高壓設(shè)備一般包括受電弓、主斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、高壓母線、牽引變壓器等，并旁路連接有避雷器、電壓互感器、接地開(kāi)關(guān)等部件［1］。高壓部件發(fā)生故障擊穿、污閃，或由于外部原因（冰雪閃絡(luò)、異物搭掛短路）導(dǎo)致高壓系統(tǒng)對(duì)地絕緣出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致高壓接地故障。高壓接地故障時(shí)，一般會(huì)發(fā)生接觸網(wǎng)跳閘（故障時(shí)或重新升弓時(shí)）；故障部位在受電弓視頻監(jiān)控范圍內(nèi)時(shí)，回放視頻會(huì)發(fā)現(xiàn)故障部位出現(xiàn)閃絡(luò)或打火花現(xiàn)象（見(jiàn)圖1）［2］；故障部位在動(dòng)車組高壓檢測(cè)及控制系統(tǒng)監(jiān)控范圍內(nèi)時(shí)，動(dòng)車組會(huì)報(bào)出相應(yīng)診斷代碼，并觸發(fā)高壓保護(hù)功能。在未有效隔離接地點(diǎn)情況下升弓時(shí)，可能會(huì)燒斷接觸網(wǎng)。

圖1 動(dòng)車組高壓接地故障

2 高壓接地故障主要原因

2.1 高壓部件擊穿

動(dòng)車組高壓部件由于設(shè)計(jì)制造、裝配工藝等原因?qū)е麓嬖谫|(zhì)量缺陷，運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生絕緣故障部件擊穿對(duì)地放電是高壓接地故障的原因之一［3-6］。發(fā)生故障的常見(jiàn)部件包括：電壓互感器、避雷器、高壓線纜及接頭（連接器）等。高壓部件發(fā)生擊穿時(shí)，回放受電弓監(jiān)控視頻一般可見(jiàn)故障部位閃火花現(xiàn)象；電壓互感器擊穿炸裂（見(jiàn)圖2）時(shí)，其內(nèi)部線圈濺出會(huì)導(dǎo)致其他高壓部件接地；高壓部件擊穿炸裂時(shí)，飛濺的碎片會(huì)打斷受電弓供風(fēng)管導(dǎo)致受電弓不能正常升起。

圖2 電壓互感器炸裂

2.2 外來(lái)異物導(dǎo)致對(duì)地短路

動(dòng)車組運(yùn)行中高壓部件遭到外來(lái)異物撞擊（或搭掛異物）是造成高壓接地故障的常見(jiàn)原因。一般為絕緣子、跨接線纜等部件搭掛異物（金屬異物或撞飛禽等，見(jiàn)圖3）、爬電距離不足導(dǎo)致對(duì)地發(fā)生放電。外來(lái)異物導(dǎo)致對(duì)地短路時(shí)，回放受電弓監(jiān)控視頻一般可見(jiàn)異物侵入及發(fā)生短路放電的過(guò)程。由于故障部位可能不在視頻監(jiān)控范圍內(nèi)，必要時(shí)應(yīng)目視檢查確認(rèn)。

圖3 受電弓掛金屬異物接地

2.3 高壓設(shè)備污閃

高壓設(shè)備污閃（見(jiàn)圖4）是霧霾天氣時(shí)造成高壓接地故障的原因之一［7-10］，一般為動(dòng)車組高壓部件在低溫、霧霾條件下，絕緣子表面凝霜納污、對(duì)地絕緣不足發(fā)生放電。

圖4 發(fā)生污閃的線纜終端

2.4 冰雪堆積導(dǎo)致閃絡(luò)放電

冰雪堆積導(dǎo)致閃絡(luò)放電發(fā)生在降雪天氣，CRH2、CRH380A 平臺(tái)動(dòng)車組發(fā)生頻次較高，一般為冰雪在絕緣子或線纜終端等高壓部件附近堆積（見(jiàn)圖5），絕緣性能下降導(dǎo)致閃絡(luò)放電［7，9］。冰雪堆積導(dǎo)致閃絡(luò)放電時(shí)，回放受電弓監(jiān)控視頻一般可見(jiàn)高壓設(shè)備周圍存在冰雪聚集情況（或攝像頭處發(fā)生冰雪堆積）。當(dāng)氣溫在0 ℃附近的濕雪天氣時(shí)，較易發(fā)生冰雪堆積閃絡(luò)放電導(dǎo)致的高壓接地故障。

圖5 絕緣子附近堆積冰雪

3 高壓接地故障檢測(cè)原理

根據(jù)車型不同，在高壓母線不同位置設(shè)置電流互感器，通過(guò)過(guò)電流或差動(dòng)電流自動(dòng)檢測(cè)電流互感器之間區(qū)域的高壓接地故障。發(fā)生高壓接地故障時(shí)，經(jīng)檢查或試驗(yàn)確定故障點(diǎn)后，通過(guò)隔離故障高壓?jiǎn)卧驙恳嚓P(guān)部件使用非故障單元維持運(yùn)行［11］。各平臺(tái)動(dòng)車組高壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖6。

當(dāng)動(dòng)車組通過(guò)圖6 中CT1、CT2、CT3 檢測(cè)出過(guò)電流或差動(dòng)電流超出閾值時(shí)，動(dòng)車組會(huì)報(bào)出相應(yīng)診斷代碼并觸發(fā)高壓保護(hù)。由于不同車型電流互感器設(shè)定位置、保護(hù)邏輯不同，其檢測(cè)的主要部件及保護(hù)功能也不同。部分車型高壓接地故障主要診斷代碼見(jiàn)表1［12］。

圖6 各平臺(tái)動(dòng)車組高壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

表1 部分車型高壓接地故障主要診斷代碼

通過(guò)分析動(dòng)車組高壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)：由于設(shè)計(jì)原因，目前動(dòng)車組高壓接地故障檢測(cè)在故障單元檢測(cè)判定、高壓接地保護(hù)、故障單元隔離等方面的功能尚不完善，如識(shí)別高壓母線接地故障所在單元功能尚未實(shí)現(xiàn)；CRH2A、CRH380A 平臺(tái)動(dòng)車組受電弓至網(wǎng)側(cè)電流互感器CT1區(qū)域、高壓線纜無(wú)接地檢測(cè)及保護(hù)，高壓母線區(qū)域接地故障無(wú)法隔離；CRH3C、CRH380B/C平臺(tái)動(dòng)車組升弓單元電壓互感器、避雷器、主斷路器接地時(shí)無(wú)法檢測(cè)及保護(hù)等。因此，在判定和處置高壓接地故障時(shí)，診斷代碼僅可參考，檢測(cè)盲區(qū)發(fā)生高壓接地時(shí)動(dòng)車組不會(huì)報(bào)出相關(guān)故障。

4 高壓接地故障應(yīng)急處置

動(dòng)車組高壓接地故障應(yīng)急處置的關(guān)鍵在于確定發(fā)生接地故障的部位（即所在的高壓?jiǎn)卧４_定部位后，可根據(jù)動(dòng)車組車型特點(diǎn)采取隔離故障高壓?jiǎn)卧⑹褂梅枪收蠁卧S持運(yùn)行或救援等方式進(jìn)行處置［11］。

（1）動(dòng)車組高壓系統(tǒng)存在接地時(shí)，盲目升弓可能會(huì)由于受電弓與接觸網(wǎng)導(dǎo)線瞬間產(chǎn)生大電流導(dǎo)致接觸網(wǎng)斷線。因此，未判明故障部位時(shí)，應(yīng)避免盲目升弓。

（2）由于目前動(dòng)車組高壓接地故障檢測(cè)和保護(hù)功能尚不完善、人工目視檢查視野受限，因此發(fā)生疑似高壓接地故障時(shí)，主要通過(guò)回放受電弓監(jiān)控視頻的方式判定接地部位。當(dāng)回放視頻發(fā)現(xiàn)車頂存在放電現(xiàn)象時(shí)，可通過(guò)放電位置確定發(fā)生接地故障的部位（即所在的高壓?jiǎn)卧？瓦\(yùn)人員或旅客反饋的故障時(shí)車頂出現(xiàn)閃光或爆炸聲響也可作為判斷故障區(qū)域的參考。

（3）故障部位無(wú)法判明時(shí)，為盡快恢復(fù)行車，可通過(guò)“冷升弓”試驗(yàn)的方法判斷故障單元。即在接觸網(wǎng)斷電情況下，斷開(kāi)高壓母線隔離開(kāi)關(guān)，操作動(dòng)車組升弓（主斷路器不得閉合，建議優(yōu)先選升故障時(shí)的非工作弓）后再安排接觸網(wǎng)送電，若接觸網(wǎng)未跳閘、閉合主斷路器供電正常則可恢復(fù)運(yùn)行；若接觸網(wǎng)發(fā)生跳閘或受電弓監(jiān)控視頻發(fā)現(xiàn)車頂出現(xiàn)異常放電、拉弧等現(xiàn)象，說(shuō)明故障部位在目前的升弓單元，需換弓重新進(jìn)行“冷升弓”試驗(yàn)，確認(rèn)動(dòng)車組供電正常后方可恢復(fù)運(yùn)行。“冷升弓”試驗(yàn)仍不能判明故障單元或發(fā)現(xiàn)非故障單元受電弓不能正常升起、動(dòng)車組不能恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)立即申請(qǐng)救援。為避免大電流損壞接觸網(wǎng)導(dǎo)線，原則上同一受電弓僅進(jìn)行1 次“冷升弓”試驗(yàn)。由于CRH2A/6A、CRH380A平臺(tái)動(dòng)車組目前暫無(wú)法隔離高壓母線（完成高壓母線隔離改造的除外），因此“冷升弓”試驗(yàn)僅可排除受電弓區(qū)域的接地風(fēng)險(xiǎn)。

5 高壓接地故障處置關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)

（1）鐵路供電、車輛部門要重視動(dòng)車組故障導(dǎo)致的接觸網(wǎng)跳閘情況，特別是跳閘的故標(biāo)點(diǎn)（變電所故障保護(hù)裝置標(biāo)定的公里標(biāo)）附近有動(dòng)車組運(yùn)行，或故障動(dòng)車組升弓發(fā)生接觸網(wǎng)跳閘時(shí)，供電部門應(yīng)及時(shí)向車輛部門通報(bào)有關(guān)信息。車輛部門收到接觸網(wǎng)跳閘信息后，應(yīng)及時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)反饋和動(dòng)車組遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，疑為高壓接地故障時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎排查處置，防止盲目處置擴(kuò)大故障影響。

（2）完整收集故障信息。完整查看動(dòng)車組故障診斷記錄，防止同時(shí)報(bào)出多條診斷代碼時(shí)漏看關(guān)鍵代碼信息導(dǎo)致誤判。必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行人工目視檢查或回放檢查全部受電弓監(jiān)控視頻，及時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓設(shè)備閃絡(luò)、放電痕跡。同時(shí)還可向客運(yùn)人員了解有關(guān)信息（如車頂是否發(fā)生爆響、閃光等）。

（3）掌握故障發(fā)生原理規(guī)律。車輛部門應(yīng)掌握相關(guān)車型動(dòng)車組接地檢測(cè)原理、檢測(cè)盲區(qū)及故障規(guī)律，以指導(dǎo)應(yīng)急處置。如動(dòng)車組同時(shí)報(bào)出多條診斷代碼時(shí)，應(yīng)根據(jù)其邏輯原理排除衍生代碼、確定關(guān)鍵代碼；必要時(shí)應(yīng)對(duì)接地保護(hù)盲區(qū)進(jìn)行人工目視檢查；霧霾、風(fēng)雪天氣時(shí)應(yīng)考慮污閃、濕雪閃絡(luò)、異物侵入等的影響。

（4）CRH2A、CRH380A 平臺(tái)動(dòng)車組發(fā)生高壓接地故障且換弓無(wú)效時(shí)，因暫無(wú)法隔離高壓母線，應(yīng)立即組織救援（完成高壓母線隔離改造的除外）。

（5）高壓接地故障導(dǎo)致動(dòng)車組在區(qū)間停車時(shí)，應(yīng)優(yōu)先應(yīng)急處置使動(dòng)車組具備移動(dòng)能力，防止長(zhǎng)時(shí)間停車影響整體運(yùn)輸秩序。如重聯(lián)動(dòng)車組故障時(shí)，因其前后組高壓設(shè)備相互隔斷，可先使用非故障單元?jiǎng)恿ΡＷC動(dòng)車組運(yùn)行，到站后進(jìn)行后續(xù)檢查處置。

（6）發(fā)生疑似高壓接地故障時(shí)，鐵路局集團(tuán)公司應(yīng)立即根據(jù)有關(guān)信息（故障動(dòng)車組所在位置、熱備動(dòng)車組/機(jī)車位置、坡度、距離等）制定救援方案，必要時(shí)應(yīng)主動(dòng)組織出動(dòng)熱備（備用）動(dòng)車組或熱備內(nèi)燃機(jī)車前往救援，避免因救援不及時(shí)導(dǎo)致延時(shí)的問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司正在組織對(duì)有關(guān)車型動(dòng)車組進(jìn)行技術(shù)改造，如CR400AF/BF 平臺(tái)動(dòng)車組高壓接地故障定位檢測(cè)；CRH2A/6A、CRH380A平臺(tái)動(dòng)車組高壓母線接地檢測(cè)及隔離等。改造完成后，CR400AF/BF 平臺(tái)動(dòng)車組可實(shí)現(xiàn)接地故障定位檢測(cè)功能，CRH2A/6A、CRH380A平臺(tái)動(dòng)車組可實(shí)現(xiàn)高壓母線接地檢測(cè)及隔離功能，將有利于動(dòng)車組高壓接地故障的排查與應(yīng)急處置。同時(shí)結(jié)合智能動(dòng)車組的研發(fā)，通過(guò)優(yōu)化電流互感器布置和接地檢測(cè)及保護(hù)邏輯，故障單元檢測(cè)判定、高壓接地保護(hù)、故障單元隔離功能將進(jìn)一步完善。在完善動(dòng)車組有關(guān)功能的同時(shí)，鐵路相關(guān)部門還要在防止高壓接地故障發(fā)生、優(yōu)化應(yīng)急處置預(yù)案等方面繼續(xù)進(jìn)行探索，不斷提高應(yīng)急處置效率，保障動(dòng)車組安全運(yùn)行，維護(hù)好高鐵運(yùn)輸秩序。