動車組高壓供電系統(tǒng)故障及檢修優(yōu)化分析

王明周，周興楠

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島 266111）

0 引言

動車組是當(dāng)前國內(nèi)鐵路運輸?shù)闹匾ぞ撸浞€(wěn)定性關(guān)系到我國的發(fā)展進程。高壓供電系統(tǒng)是其關(guān)鍵的構(gòu)成要素，假設(shè)該系統(tǒng)在列車行進中出現(xiàn)異常，將會嚴重影響到行車的安全性。

1 動車組的高壓供電系統(tǒng)

高壓系統(tǒng)設(shè)置成25 kV 的交流電，動車組共有8 輛編組，一般會設(shè)置2 個供電模塊，但列車牽引和輔助性電源是兩項同樣的牽引單元完成。該系統(tǒng)的構(gòu)成部件較多，如接地開關(guān)、避雷器等，還配備相應(yīng)的監(jiān)護系統(tǒng)，動車組一般受TCMS（Train Control and Management System，列車控制和管理系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)管理。核心部件設(shè)于列車頂部及底部，前者包括受電弓、避雷器等，后者包括各類互感器等。

1.1 受電弓

國內(nèi)當(dāng)前裝備的動車組大部分選擇單臂受電弓，其頭部是單滑板受電，分布于列車頂部，控制裝置與氣動閥門均安裝在列車的內(nèi)部，而后利用MVB（Multifunction Vehicle Bus，多功能車輛總線）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

1.2 避雷器

此部件安設(shè)在不同的區(qū)域，能提供兩項功能：若安設(shè)于受電弓的后方，則負責(zé)降低過電壓現(xiàn)象的出現(xiàn)概率，如因雷電天氣造成的電壓猛增；若安設(shè)于變壓裝置的前端，可消除此裝置啟動關(guān)閉期間，因操作造成的過電壓現(xiàn)象。

1.3 電壓互感器

此部件設(shè)備位置處于受電弓和主斷路裝置之前，能把在接觸網(wǎng)采集到的電壓信息傳給列車的控制系統(tǒng)、牽引變流裝置，實現(xiàn)對列車狀態(tài)的全面監(jiān)測。

1.4 電流互感器

一般安設(shè)于車頂和變壓裝置的端子入口位置，共同承擔(dān)對電流信號的檢測工作，同樣把采集到的數(shù)據(jù)傳送至控制系統(tǒng)處。

1.5 接地開關(guān)

該部件安設(shè)于主斷路裝置的兩側(cè)，保證列車在檢修期間可以平穩(wěn)接地。此開關(guān)本身設(shè)置觸發(fā)條件，僅有根據(jù)設(shè)定的高壓接地流程操作，才能順利啟動開關(guān)。

1.6 高壓隔離的開關(guān)

此開關(guān)的功能是在系統(tǒng)發(fā)生異常時，將故障區(qū)域進行隔離，而平常情況下一直是閉合狀態(tài)。

1.7 主斷路裝置

該部件是系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分，對整個系統(tǒng)均有保護效果，其內(nèi)設(shè)有彈簧式壓縮控制的作動裝置以及真空的滅弧室。動車組通常安裝單極的真空設(shè)備，供電則利用電磁閥線圈。把壓縮好的空氣利用氣缸使接觸點關(guān)閉，并把已經(jīng)打開的彈簧鎖死[1]。主要技術(shù)參數(shù)：標(biāo)稱電壓25 kV；持續(xù)電壓最高值29 kV；供電頻率50±1 Hz；額定電流1000 A；短路電流20 kA，保持1 s；短路電流最高值50 kA；輔助電壓DC 110 V；輔助觸點的開關(guān)電流4～800 mA。

2 動車組的高壓供電系統(tǒng)故障和檢修優(yōu)化

2.1 閃污故障

出現(xiàn)閃污故障時，一般會遇到霧霾，空氣中的PM2.5 顆粒物附著于受電弓的絕緣子上。近些年，北方諸多省市均有霧霾天氣，特別是華北區(qū)域。以空氣動力學(xué)的角度解釋，PM2.5 是直徑不足2.5 μm 的顆粒物，由于其質(zhì)量較輕能在空中懸浮較長的時間。加之其帶有酸性特征，此類顆粒物落于絕緣子上，會腐蝕零件，導(dǎo)致絕緣性能下降，由此出現(xiàn)閃污的情況。

根據(jù)故障的形成原因，基本能確定檢修優(yōu)化的方向。首先，合理升高受電弓的絕緣子位置，實現(xiàn)提升絕緣性能的效果，例如國內(nèi)大多數(shù)型號的動車組，位置高度在原本310 mm 的基礎(chǔ)上升高100 mm。其次，設(shè)置恰當(dāng)且有效的檢修安排計劃，提升檢修的人力為規(guī)模，落實現(xiàn)場的擦拭任務(wù)。在檢修入庫階段，需派遣專業(yè)技術(shù)員完成此項工作，以免造成額外的損害，保證列車平穩(wěn)運行，徹底消除閃污故障的可能性。現(xiàn)今，各運用所均根據(jù)一級修的操作標(biāo)準，執(zhí)行擦拭清潔的工作，并在遇到霧霾天氣時，會提高檢修的頻率。最后，應(yīng)當(dāng)裝設(shè)專項的檢測系統(tǒng)，可將此看成常規(guī)裝置，在列車出庫中，未升弓時利用此系統(tǒng)檢測絕緣子的性能，繼而辨別供電系統(tǒng)有無問題，避免直接升弓導(dǎo)致接觸網(wǎng)與受電弓被燒損。

2.2 主斷路器

檢修主斷路裝置時，需先查看所有零部件有無受損及變形等問題，確保連接部件的插頭未發(fā)生磨損、彎折及燒損等情況，并檢測線路的老化程度。另外，應(yīng)當(dāng)檢查瓷管中是否進入雜物及水，若發(fā)現(xiàn)積水，應(yīng)伸入較軟的干燥布條仔細清理，而后對進水區(qū)域?qū)嵤┬阅軝z查和復(fù)原。在動車組中，單次過分相，要求1～3個真空斷路裝置一起做出動作，需要在列車運行期間不斷動作。因而應(yīng)當(dāng)從根本處延長主斷路裝置的可動作年限，控制故障發(fā)生概率。此外，還需改進控制系統(tǒng)的邏輯，在設(shè)備不能執(zhí)行閉合及斷開動作時，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能直接排除是否為電路問題，而后對主斷路器整體進行異常排查，能弱化異常問題的擾動范圍，并減輕排查過程的工作壓力。

2.3 接地開關(guān)

檢修接地開關(guān)可選擇的主要方式有：一方面，在接觸網(wǎng)帶電的條件下，檢修由于誤操作駕駛室的接地保護及按鈕，觀察出升弓情況下，接觸網(wǎng)中依舊有電流經(jīng)過，判斷有無產(chǎn)生明顯接地電流、變電所的保護裝置跳閘，以及接觸網(wǎng)有無被燒毀的情況；另一方面，在接地開關(guān)處于連接狀態(tài)時，隔離開關(guān)執(zhí)行動作，并且受電弓為升弓狀態(tài)，并斷開接地保護（EGS）時，有無明顯的放電情況。在此項故障檢修中采取的優(yōu)化方式是把駕駛室中自動開關(guān)斷開，把相應(yīng)的保護按鈕轉(zhuǎn)移到操作箱中，并閉合電路。調(diào)整按鈕的結(jié)構(gòu)，以免再度發(fā)生誤操作的情況[2]。

2.4 隔離開關(guān)

檢修方式主要有：①檢測頂部開關(guān)的積污物質(zhì)成分與特性；②若動車組經(jīng)過強風(fēng)沙條件的運營路段，需修理開關(guān)的閃絡(luò)特性；③動態(tài)檢測開關(guān)處的絕緣表征參量；④定期開展老化檢測。檢修優(yōu)化期間，可進行模擬試驗，在虛擬模型上施加各項干擾因素，確定更為符合的老化試驗?zāi)Ｊ健４送猓谠镜臋z修程序中，基于部件換新要求檢查外觀狀態(tài)，確定試驗標(biāo)準。

2.5 避雷器

對避雷器的故障檢修應(yīng)定期進行，在高級修時，先清理該設(shè)備表面的灰塵，隨后檢測兩側(cè)絕緣子的狀態(tài)，保證超過100 MΩ。在定期檢修中，主要借助3 項試驗處理：①漏電試驗，避雷裝置的端處，額外連續(xù)施加42 kV 的工頻電壓，受到裝置自身阻性的作用，電流分量需在2.2 mA 以內(nèi)；②1 mA 直流電的電壓試驗，在端處實施直流電壓，要求脈動需在±1.5%的區(qū)間內(nèi)，記錄通過裝置電流為1 mA 的電壓，該數(shù)值至少達到設(shè)置參考電壓；③密封試驗，把裝置放于82 ℃清水內(nèi)1 h，而后取出靜放60 min，重新放進水中，水溫控制在2 ℃，持續(xù)1 h，檢查是否有漏氣的情況。如此循環(huán)試驗4 次，各次之間至少等待1 h，才能開展下一次。該裝置在設(shè)定時間里不允許出現(xiàn)連續(xù)的氣泡，而后讓經(jīng)過此試驗的設(shè)備自然降溫直到接近室溫，并對其電氣性能加以評估。

2.6 互感器

電壓互感器按照動車組工作條件和技術(shù)特點，參照對應(yīng)型號的用戶手冊程序?qū)嵤├袡z查，具體事項有：①清理設(shè)備外殼表層，同時判斷其狀態(tài)；②檢查一、二次側(cè)端的實際連接情況；③檢查絕緣子的裙部以及相鄰裙部之間的情況；④檢測設(shè)備的二次側(cè)的電阻情況。檢修優(yōu)化該互感裝置，能選擇在原本檢測項位置，額外開展針對勵磁特性與工頻耐壓等相關(guān)試驗，以求更早找出絕緣子的薄弱位置以及短路情況。

電流互感器的故障檢修內(nèi)容包括：①接線盒的密封效果；②鐵芯品質(zhì)；③磁芯表面有無腐蝕現(xiàn)象。鑒于動車組長時間運營的狀態(tài)，可采取的優(yōu)化方式有：①嚴格把控零部件的品質(zhì)；②不斷提升接線盒的密封效果；③要求設(shè)備生產(chǎn)方進行設(shè)計改進，提升IP 級別，如采取打膠密封，避免出現(xiàn)腐蝕問題，提升應(yīng)用性能；④優(yōu)化硅膠密封技術(shù)，保證磁芯和外界完全隔離[3]。

3 動車組的高壓供電系統(tǒng)故障檢修優(yōu)化實例分析

以CR400AF 型動車組為例，其有常規(guī)的構(gòu)成結(jié)構(gòu)，主要部件性能參數(shù)：受電弓，額定電壓25 kV/50 Hz，額定電流700 A；真空斷路器，額定電壓AC 31.5 kV/50 Hz，額定電流1000 A；隔離開關(guān)，額定電壓AC 31.5 kV/50 Hz，額定電流≥360 A；電壓互感器，額定電壓25 kV/50 Hz，100 V/100 V 雙輸出；避雷器，額定電壓42 kV。

首先，提高對受電弓管控與檢測的精確性。案例動車組是主動以及閉環(huán)控制，相較于CRH380A 型添加檢測裝置，強化受流能力，繼而控制接觸的摩擦程度，以規(guī)避電火花。其次，控制斷路裝置的動作數(shù)量，和CRH380A 型相比，CR400AF 的單次過分相僅需單臺斷路裝置動作一回，延長部件的應(yīng)用壽命。最后，調(diào)整避雷器的點位，放于斷路器前端，增強防護的效果。

4 結(jié)束語

圍繞動車組的高壓系統(tǒng)，對主要部件設(shè)備提出檢修與優(yōu)化方式，并例舉現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)改進實例。希望能借助強化對系統(tǒng)故障的分析效率，調(diào)整檢修手段，使動車組能以更安全的狀態(tài)持續(xù)運營，為人們提供便利快速的出行方式。