动车组高压接地故障分析与处置

梁彦军

（中国国家铁路集团有限公司 运输调度指挥中心，北京 100844）

0 引言

高压供电设备作为动车组关键部件，直接关系到列车运行的安全性和可靠性。高压设备发生接地故障如不能及时发现并正确处置，会造成列车高压供电失效和中断行车，甚至会导致接触网断线等故障，严重影响高铁运行安全和运输秩序。目前我国动车组均具有高压接地检测功能，但由于各型动车组高压接地检测和保护原理不同，排查和应急处置工作复杂，动车组区间停车时间过长、救援不及时影响高铁运输秩序的情况时有发生。

1 高压接地故障典型现象

动车组高压设备一般包括受电弓、主断路器、隔离开关、高压母线、牵引变压器等，并旁路连接有避雷器、电压互感器、接地开关等部件［1］。高压部件发生故障击穿、污闪，或由于外部原因（冰雪闪络、异物搭挂短路）导致高压系统对地绝缘出现问题，就会导致高压接地故障。高压接地故障时，一般会发生接触网跳闸（故障时或重新升弓时）；故障部位在受电弓视频监控范围内时，回放视频会发现故障部位出现闪络或打火花现象（见图1）［2］；故障部位在动车组高压检测及控制系统监控范围内时，动车组会报出相应诊断代码，并触发高压保护功能。在未有效隔离接地点情况下升弓时，可能会烧断接触网。

图1 动车组高压接地故障

2 高压接地故障主要原因

2.1 高压部件击穿

动车组高压部件由于设计制造、装配工艺等原因导致存在质量缺陷，运行过程中发生绝缘故障部件击穿对地放电是高压接地故障的原因之一［3-6］。发生故障的常见部件包括：电压互感器、避雷器、高压线缆及接头（连接器）等。高压部件发生击穿时，回放受电弓监控视频一般可见故障部位闪火花现象；电压互感器击穿炸裂（见图2）时，其内部线圈溅出会导致其他高压部件接地；高压部件击穿炸裂时，飞溅的碎片会打断受电弓供风管导致受电弓不能正常升起。

图2 电压互感器炸裂

2.2 外来异物导致对地短路

动车组运行中高压部件遭到外来异物撞击（或搭挂异物）是造成高压接地故障的常见原因。一般为绝缘子、跨接线缆等部件搭挂异物（金属异物或撞飞禽等，见图3）、爬电距离不足导致对地发生放电。外来异物导致对地短路时，回放受电弓监控视频一般可见异物侵入及发生短路放电的过程。由于故障部位可能不在视频监控范围内，必要时应目视检查确认。

图3 受电弓挂金属异物接地

2.3 高压设备污闪

高压设备污闪（见图4）是雾霾天气时造成高压接地故障的原因之一［7-10］，一般为动车组高压部件在低温、雾霾条件下，绝缘子表面凝霜纳污、对地绝缘不足发生放电。

图4 发生污闪的线缆终端

2.4 冰雪堆积导致闪络放电

冰雪堆积导致闪络放电发生在降雪天气，CRH2、CRH380A 平台动车组发生频次较高，一般为冰雪在绝缘子或线缆终端等高压部件附近堆积（见图5），绝缘性能下降导致闪络放电［7，9］。冰雪堆积导致闪络放电时，回放受电弓监控视频一般可见高压设备周围存在冰雪聚集情况（或摄像头处发生冰雪堆积）。当气温在0 ℃附近的湿雪天气时，较易发生冰雪堆积闪络放电导致的高压接地故障。

图5 绝缘子附近堆积冰雪

3 高压接地故障检测原理

根据车型不同，在高压母线不同位置设置电流互感器，通过过电流或差动电流自动检测电流互感器之间区域的高压接地故障。发生高压接地故障时，经检查或试验确定故障点后，通过隔离故障高压单元或牵引相关部件使用非故障单元维持运行［11］。各平台动车组高压拓扑结构示意见图6。

当动车组通过图6 中CT1、CT2、CT3 检测出过电流或差动电流超出阈值时，动车组会报出相应诊断代码并触发高压保护。由于不同车型电流互感器设定位置、保护逻辑不同，其检测的主要部件及保护功能也不同。部分车型高压接地故障主要诊断代码见表1［12］。

图6 各平台动车组高压拓扑结构示意图

表1 部分车型高压接地故障主要诊断代码

通过分析动车组高压拓扑结构可以发现：由于设计原因，目前动车组高压接地故障检测在故障单元检测判定、高压接地保护、故障单元隔离等方面的功能尚不完善，如识别高压母线接地故障所在单元功能尚未实现；CRH2A、CRH380A 平台动车组受电弓至网侧电流互感器CT1区域、高压线缆无接地检测及保护，高压母线区域接地故障无法隔离；CRH3C、CRH380B/C平台动车组升弓单元电压互感器、避雷器、主断路器接地时无法检测及保护等。因此，在判定和处置高压接地故障时，诊断代码仅可参考，检测盲区发生高压接地时动车组不会报出相关故障。

4 高压接地故障应急处置

动车组高压接地故障应急处置的关键在于确定发生接地故障的部位（即所在的高压单元）。确定部位后，可根据动车组车型特点采取隔离故障高压单元、使用非故障单元维持运行或救援等方式进行处置［11］。

（1）动车组高压系统存在接地时，盲目升弓可能会由于受电弓与接触网导线瞬间产生大电流导致接触网断线。因此，未判明故障部位时，应避免盲目升弓。

（2）由于目前动车组高压接地故障检测和保护功能尚不完善、人工目视检查视野受限，因此发生疑似高压接地故障时，主要通过回放受电弓监控视频的方式判定接地部位。当回放视频发现车顶存在放电现象时，可通过放电位置确定发生接地故障的部位（即所在的高压单元）。客运人员或旅客反馈的故障时车顶出现闪光或爆炸声响也可作为判断故障区域的参考。

（3）故障部位无法判明时，为尽快恢复行车，可通过“冷升弓”试验的方法判断故障单元。即在接触网断电情况下，断开高压母线隔离开关，操作动车组升弓（主断路器不得闭合，建议优先选升故障时的非工作弓）后再安排接触网送电，若接触网未跳闸、闭合主断路器供电正常则可恢复运行；若接触网发生跳闸或受电弓监控视频发现车顶出现异常放电、拉弧等现象，说明故障部位在目前的升弓单元，需换弓重新进行“冷升弓”试验，确认动车组供电正常后方可恢复运行。“冷升弓”试验仍不能判明故障单元或发现非故障单元受电弓不能正常升起、动车组不能恢复运行时，应立即申请救援。为避免大电流损坏接触网导线，原则上同一受电弓仅进行1 次“冷升弓”试验。由于CRH2A/6A、CRH380A平台动车组目前暂无法隔离高压母线（完成高压母线隔离改造的除外），因此“冷升弓”试验仅可排除受电弓区域的接地风险。

5 高压接地故障处置关键项点

（1）铁路供电、车辆部门要重视动车组故障导致的接触网跳闸情况，特别是跳闸的故标点（变电所故障保护装置标定的公里标）附近有动车组运行，或故障动车组升弓发生接触网跳闸时，供电部门应及时向车辆部门通报有关信息。车辆部门收到接触网跳闸信息后，应及时结合现场反馈和动车组远程数据进行分析判断，疑为高压接地故障时应谨慎排查处置，防止盲目处置扩大故障影响。

（2）完整收集故障信息。完整查看动车组故障诊断记录，防止同时报出多条诊断代码时漏看关键代码信息导致误判。必要时应进行人工目视检查或回放检查全部受电弓监控视频，及时发现高压设备闪络、放电痕迹。同时还可向客运人员了解有关信息（如车顶是否发生爆响、闪光等）。

（3）掌握故障发生原理规律。车辆部门应掌握相关车型动车组接地检测原理、检测盲区及故障规律，以指导应急处置。如动车组同时报出多条诊断代码时，应根据其逻辑原理排除衍生代码、确定关键代码；必要时应对接地保护盲区进行人工目视检查；雾霾、风雪天气时应考虑污闪、湿雪闪络、异物侵入等的影响。

（4）CRH2A、CRH380A 平台动车组发生高压接地故障且换弓无效时，因暂无法隔离高压母线，应立即组织救援（完成高压母线隔离改造的除外）。

（5）高压接地故障导致动车组在区间停车时，应优先应急处置使动车组具备移动能力，防止长时间停车影响整体运输秩序。如重联动车组故障时，因其前后组高压设备相互隔断，可先使用非故障单元动力保证动车组运行，到站后进行后续检查处置。

（6）发生疑似高压接地故障时，铁路局集团公司应立即根据有关信息（故障动车组所在位置、热备动车组/机车位置、坡度、距离等）制定救援方案，必要时应主动组织出动热备（备用）动车组或热备内燃机车前往救援，避免因救援不及时导致延时的问题。

6 结束语

目前，中国国家铁路集团有限公司正在组织对有关车型动车组进行技术改造，如CR400AF/BF 平台动车组高压接地故障定位检测；CRH2A/6A、CRH380A平台动车组高压母线接地检测及隔离等。改造完成后，CR400AF/BF 平台动车组可实现接地故障定位检测功能，CRH2A/6A、CRH380A平台动车组可实现高压母线接地检测及隔离功能，将有利于动车组高压接地故障的排查与应急处置。同时结合智能动车组的研发，通过优化电流互感器布置和接地检测及保护逻辑，故障单元检测判定、高压接地保护、故障单元隔离功能将进一步完善。在完善动车组有关功能的同时，铁路相关部门还要在防止高压接地故障发生、优化应急处置预案等方面继续进行探索，不断提高应急处置效率，保障动车组安全运行，维护好高铁运输秩序。