高速铁路接触网跳闸后故障排查优化方案

2022-07-21 01:24杨国柱刘岩智利军武鑫孔庆玮
中国铁路 2022年6期
关键词:电弓接触网动车组

杨国柱,刘岩,智利军,武鑫,孔庆玮

(1.中国国家铁路集团有限公司 运输调度指挥中心,北京 100844;2.中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所,北京 100081)

1 接触网跳闸影响分析

1.1 高速铁路供电系统特点

高速铁路供电系统与其他供电系统相比,在用途、可靠性及供电方式等方面有显著特点。在用途方面,高速铁路供电系统为动车组列车供电,与其他供电系统最大区别在于供电负荷为移动负荷;在供电可靠性方面,高速铁路牵引供电系统需不间断、无差别地为多组动车组保障可靠供电,可靠性要求极高;在供电方式方面,高速铁路牵引供电系统具有独特的网络结构,牵引变电所为供电臂提供唯一电源,供电臂采用全并联单边供电[1]。

高速铁路接触网跳闸为常见故障。通常情况下,接触网跳闸后供电设备有自动重合功能。高速铁路在运营过程中遇有接触网跳闸时,牵引供电系统可实现故障诊断、预警及自愈重构等功能[2-3],自愈控制模式分为故障预防和故障自愈[4]。在故障预防方面,牵引供电系统通过对牵引变压器和高压设备进行智能化升级,并采用故障预测与接触网6C检测[5]等手段,实现变电设备和接触网的故障预警、故障快速诊断。针对可恢复性故障,变电设备通过切换主备开关实现设备切换。牵引变压器、自耦变压器均采用固定冷备用方式,牵引变电所通常引入2回独立电源进线且采用热备用方式,因可恢复性故障造成牵引变电所、分区所的断路器跳闸时,通过备用进线自动投入装置,可实现快速切换至备用设备并恢复供电[6]。

1.2 接触网跳闸后故障排查方案

目前条件下,在高速铁路接触网跳闸后的应急处置中,接触网端的故障基本可以快速锁定,对于动车组端的故障排查则需要制定合理的优化方案。

若自动重合成功,供电部门根据故障指示标定装置显示的地点(简称故标地点)结合接触网6C等检测手段确定跳闸影响范围,及时将接触网跳闸情况和行车限制条件通知列车调度员。列车调度员按规定告知本线及邻线后续首列在故标地点前后各2 km限速80 km/h运行。司机在该范围内注意接触网状态,发现异常及时汇报列车调度员按规定进行处置。该情况对动车组运行影响不大,正常情况下动车组终到晚点可控制在10 min之内。

若自动重合失败,需要供电部门进行人工合闸送电,在人工送电前,组织该供电臂范围内动车组全部降弓。如送电失败,重点检查接触网设备;如送电成功,故障可能发生在接触网端(如雷击、树枝侵限等)和动车组端(车内或高压部位接地等)。接触网自动重合失败处置流程见图1。

图1 接触网跳闸自动重合失败处置流程

在接触网跳闸自动重合失败的情况下,列车调度员在应急处置过程中排查故障时,需要通知停电范围内所有动车组均先降弓,并将其他动车组控制在影响范围之外,然后按流程通过试送电进行排查,如确定为动车组故障,在人工合闸送电成功后,需要逐列排查,影响动车组晚点时间较长。近年来在个别案例中还发生了在带电升弓排查过程中,因动车组车内高压接地部位故障等原因造成接触网断线,故障影响扩大。在调度指挥中,特别是在京广高铁、京沪高铁等繁忙干线上,此类情况往往会导致动车组大面积晚点,增加了应急处置和调整运行秩序的难度。

1.3 案例分析及存在不足

1.3.1 案例分析

近年来接触网故障排查典型案例分析见表1。

表1 近年来接触网故障排查典型案例分析

由表1中案例不难看出,调度应急处置中遇有动车组升弓排查时,需组织跳闸供电臂内所有动车组逐列升弓进行排查,因设备原因,目前动车组电流互感器至受电弓间的部位不具备故障检测功能,当该部位发生接地故障而未采取有效措施,实际运营过程中往往与大风、雾闪、冰雪天气等不良天气因素耦合,在接触网有电状态下升弓,极易导致接触网断线,导致故障影响时间长、恢复难度大。

1.3.2 存在不足及改造

(1)CRH1A-A、CRH3A/3C/5A、CRH380B/C/D、CR400AF/BF平台动车组高压无法自动识别高压母线接地故障位置及所在单元,存在因未能准确隔离故障单元,再次升弓后直接导致高压接地造成严重后果。此外,受电弓至网侧电流互感器CT1区域均无接地检测功能。

(2)CRH2A、CRH380A、CRH6A平台短编组动车组无法准确定位高压母线接地故障所在单元,存在因未能准确隔离故障单元,再次升弓后直接导致高压接地造成严重后果,且受电弓至网侧电流互感器CT1区域无接地检测功能。

(3)不同动车组平台下高压系统拓扑结构略有不同,但受电弓至网侧电流互感器CT1间无接地检测(装备车顶绝缘检测装置除外)是各平台共有的缺陷,同时部分车型无法实现高压母线或故障单元的识别与隔离,因而在接触网发生上述几种情况时,因动车组带电升弓排查导致接触网断线,故障影响扩大。

针对以上问题,中国国家铁路集团有限公司(简称国铁集团)组织各铁路局集团公司对现有动车组和新造动车组进行设备改进,通过在高压部分加装保护装置进行优化。按照高压系统改造方案,新造车已实施高压保护功能,总体思路为:针对主断路器前端高压设备出现接地故障后避免熔网的保护逻辑,利用变电所跳闸后二次合闸间隙实现动车组快速降弓[7]。

以CR400BF动车组接地故障改造方案为例:在高压隔离开关后端新增检测非升弓单元接地故障的电流互感器CT4,通过过流继电器、高压控制单元和中央控制单元(CCU)实现网侧过流保护、升弓单元及非升弓单元接地定位、牵引变压器过流和接地保护。CR400BF动车组改造后拓扑结构见图2。

图2 CR400BF动车组改造后拓扑结构

2 引入冷升弓进行应急处置

2.1 冷升弓原理

在接触网带电情况下升弓排查故障动车组时,如动车组高压设备故障接地,受电弓在升弓过程中,与有负载的接触网导线接触前瞬间会出现拉弧现象,极易诱发高温熔网,导致接触网断线。冷升弓是指在电气化铁路运营中,遇有接触网跳闸自动重合失败时,供电臂内动车组按规定全部降弓,人工试送电成功后,采用接触网停电、动车组升弓、再送电的方式。采用冷升弓方式,受电弓与无负载的接触网导线接触后再送电,接触网直接跳闸,避免拉弧的发生,可有效防止接触网断线事故发生,提高应急处置效率[8-9]。引入冷升弓后的处置流程见图3。

图3 引入冷升弓后的处置流程

2.2 带电升弓与冷升弓优劣对比

采用冷升弓方式虽然可有效防止故障扩大,但需要多次反复停电升弓再送电,因此该方式的缺点是处置时间较长。带电升弓和冷升弓的优劣对比见表2。

表2 带电升弓和冷升弓的优劣对比

3 分工况优化应急处置

3.1 明确排查场景

不同平台的存量车需结合《铁路动车组运用维修规程》及其版本升级逐步改造完成,部分车型不具备改造条件,只能维持现状。因此,采用冷升弓方式进行动车组故障排查或故障单元确认仍具有现实意义。实际案例统计显示,动车组高压部位故障导致跳闸在总体跳闸中占比较小,但破坏性较大,如果与大风、雨雪天气等不利因素耦合,极易导致断网事故;而完全按照冷升弓方式排查又会增加列车调度员与供电调度员作业环节,并导致应急处置时间延长,不利于运行秩序的恢复。利用既有设备功能,明确排查场景对提高应急处置的效率具有重要作用。

对接触网跳闸场景进行区分,结合动车组故障单元与高压保护功能,通过故障代码、受电弓视频回放、外观检查、车型技术特点综合研判,充分利用动车组冗余设备,在排查过程中,按不同场景进行细化,一是判明是否需要冷升弓排查,二是在冷升弓排查过程中根据不同场景判明是否需要逐列冷升弓,实现既不放过故障又不显著增加作业目标,以提高应急处置效率。

3.2 工况分析及方案选择

接触网跳闸自动重合成功时,首列限速通过后无异常恢复正常行车。具备快速降弓功能的动车组,可通过视频或外观检查,不侵限时,换弓运行;不具备车顶绝缘检测装置的,必须使用原受电弓时,需进行冷升弓验证。接触网跳闸自动重合失败时,分工况排查流程见图4。

图4 分工况排查流程

分工况排查就是全部降弓后进行人工试送电,如送电失败,可确定为接触网故障。如送电成功,判断是否为过负荷、F线等原因,供电部门确定为过负荷或F线原因时组织动车组恢复正常行车;非过负荷、F线原因跳闸时,可确定为动车组故障导致跳闸[10],根据动车组故障代码、受电弓视频回放、外观检查及车型特点研判,后续根据实际场景采取换弓维持运行、冷升弓排查、救援等措施,具体如下:

(1)根据故障代码判断动车组电流互感器至车顶间的部位接地时,不再排查其他动车组,可直接定位故障单元并对该单元进行高压隔离,动车组维持运行;如无法直接定位故障单元但可采取高压隔离时,可分别隔离高压单元进行冷升弓排查,将动车组故障单元隔离之后维持运行。

(2)通过受电弓视频或外观检查发现异状时,不再排查其他动车组,如有侵限需登顶处理时,动车组高压部位故障且可隔离的,隔离后维持运行,高压部位故障且不可隔离的,通过冷升弓方式排查。冷升弓排查无异常时,组织动车组正常运行,冷升弓排查送电仍跳闸时,根据申请及时组织救援。

(3)无上述异常情况,但动车组报网压中断或网压异常故障(网压过高除外)时,对供电臂内所有动车组(具备车顶绝缘检测装置可不排查)通过冷升弓方式排查。在人工试送成功后,采用接触网停电、全部动车组升弓(具备高压系统隔离功能的动车组可在

升弓前采取隔离措施,但未进行排查的高压单元在运用前需进行冷升弓验证)、再送电方式,再次发生跳闸的,逐列冷升弓排查,确定故障动车组,确定故障动车组后,其余动车组可不排查。故障动车组高压设备可隔离的,分别隔离不同单元并通过冷升弓方式排查,将故障单元隔离后维持运行,高压设备不可隔离的,根据申请及时组织救援。

4 结束语

高速铁路动车组运行速度高、行车密度大,随着乘客对出行正点率要求提高,遇接触网跳闸自动重合失败时,在排除供电系统故障后,通过冷升弓、加装动车组高压检测保护装置可有效避免因动车组高压部位接地故障盲目升弓导致弓网间拉弧烧断接触网导线的发生,通过细化优化排查方案,根据现场实际情况结合受电弓视频回放等技术手段分工况进行高效应急处置,合理规避因冷升弓导致故障排查时间长的缺点,以最小代价尽快排查出故障原因,尽快恢复供电,恢复正常行车,从而降低接触网跳闸对高速铁路运行秩序的干扰,提高高速铁路应急处置效率和运输效益,提升旅客的出行体验。

猜你喜欢
电弓接触网动车组
BIM技术在电气化铁路接触网中的应用研究
为开通打下基础!这条国际铁路完成接触网平推验收
浅述如何做好高速铁路接触网施工监理工作
中老铁路两国同步架设电气化接触网第一线
基于地铁车辆受电弓故障的相关分析
“95后”动车组女司机的首个春运
“湖南造”首列CJ6动车组上线运营
地铁车辆受电弓系统工作原理思考
A Glance of China High Speed Train
高速动车组高压安全防护应用研究