楊國柱，劉巖，智利軍，武鑫，孔慶瑋

（1.中國國家鐵路集團有限公司 運輸調(diào)度指揮中心，北京 100844；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

1 接觸網(wǎng)跳閘影響分析

1.1 高速鐵路供電系統(tǒng)特點

高速鐵路供電系統(tǒng)與其他供電系統(tǒng)相比，在用途、可靠性及供電方式等方面有顯著特點。在用途方面，高速鐵路供電系統(tǒng)為動車組列車供電，與其他供電系統(tǒng)最大區(qū)別在于供電負荷為移動負荷；在供電可靠性方面，高速鐵路牽引供電系統(tǒng)需不間斷、無差別地為多組動車組保障可靠供電，可靠性要求極高；在供電方式方面，高速鐵路牽引供電系統(tǒng)具有獨特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，牽引變電所為供電臂提供唯一電源，供電臂采用全并聯(lián)單邊供電［1］。

高速鐵路接觸網(wǎng)跳閘為常見故障。通常情況下，接觸網(wǎng)跳閘后供電設(shè)備有自動重合功能。高速鐵路在運營過程中遇有接觸網(wǎng)跳閘時，牽引供電系統(tǒng)可實現(xiàn)故障診斷、預(yù)警及自愈重構(gòu)等功能［2-3］，自愈控制模式分為故障預(yù)防和故障自愈［4］。在故障預(yù)防方面，牽引供電系統(tǒng)通過對牽引變壓器和高壓設(shè)備進行智能化升級，并采用故障預(yù)測與接觸網(wǎng)6C檢測［5］等手段，實現(xiàn)變電設(shè)備和接觸網(wǎng)的故障預(yù)警、故障快速診斷。針對可恢復(fù)性故障，變電設(shè)備通過切換主備開關(guān)實現(xiàn)設(shè)備切換。牽引變壓器、自耦變壓器均采用固定冷備用方式，牽引變電所通常引入2回獨立電源進線且采用熱備用方式，因可恢復(fù)性故障造成牽引變電所、分區(qū)所的斷路器跳閘時，通過備用進線自動投入裝置，可實現(xiàn)快速切換至備用設(shè)備并恢復(fù)供電［6］。

1.2 接觸網(wǎng)跳閘后故障排查方案

目前條件下，在高速鐵路接觸網(wǎng)跳閘后的應(yīng)急處置中，接觸網(wǎng)端的故障基本可以快速鎖定，對于動車組端的故障排查則需要制定合理的優(yōu)化方案。

若自動重合成功，供電部門根據(jù)故障指示標(biāo)定裝置顯示的地點（簡稱故標(biāo)地點）結(jié)合接觸網(wǎng)6C等檢測手段確定跳閘影響范圍，及時將接觸網(wǎng)跳閘情況和行車限制條件通知列車調(diào)度員。列車調(diào)度員按規(guī)定告知本線及鄰線后續(xù)首列在故標(biāo)地點前后各2 km限速80 km/h運行。司機在該范圍內(nèi)注意接觸網(wǎng)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時匯報列車調(diào)度員按規(guī)定進行處置。該情況對動車組運行影響不大，正常情況下動車組終到晚點可控制在10 min之內(nèi)。

若自動重合失敗，需要供電部門進行人工合閘送電，在人工送電前，組織該供電臂范圍內(nèi)動車組全部降弓。如送電失敗，重點檢查接觸網(wǎng)設(shè)備；如送電成功，故障可能發(fā)生在接觸網(wǎng)端（如雷擊、樹枝侵限等）和動車組端（車內(nèi)或高壓部位接地等）。接觸網(wǎng)自動重合失敗處置流程見圖1。

圖1 接觸網(wǎng)跳閘自動重合失敗處置流程

在接觸網(wǎng)跳閘自動重合失敗的情況下，列車調(diào)度員在應(yīng)急處置過程中排查故障時，需要通知停電范圍內(nèi)所有動車組均先降弓，并將其他動車組控制在影響范圍之外，然后按流程通過試送電進行排查，如確定為動車組故障，在人工合閘送電成功后，需要逐列排查，影響動車組晚點時間較長。近年來在個別案例中還發(fā)生了在帶電升弓排查過程中，因動車組車內(nèi)高壓接地部位故障等原因造成接觸網(wǎng)斷線，故障影響擴大。在調(diào)度指揮中，特別是在京廣高鐵、京滬高鐵等繁忙干線上，此類情況往往會導(dǎo)致動車組大面積晚點，增加了應(yīng)急處置和調(diào)整運行秩序的難度。

1.3 案例分析及存在不足

1.3.1 案例分析

近年來接觸網(wǎng)故障排查典型案例分析見表1。

表1 近年來接觸網(wǎng)故障排查典型案例分析

由表1中案例不難看出，調(diào)度應(yīng)急處置中遇有動車組升弓排查時，需組織跳閘供電臂內(nèi)所有動車組逐列升弓進行排查，因設(shè)備原因，目前動車組電流互感器至受電弓間的部位不具備故障檢測功能，當(dāng)該部位發(fā)生接地故障而未采取有效措施，實際運營過程中往往與大風(fēng)、霧閃、冰雪天氣等不良天氣因素耦合，在接觸網(wǎng)有電狀態(tài)下升弓，極易導(dǎo)致接觸網(wǎng)斷線，導(dǎo)致故障影響時間長、恢復(fù)難度大。

1.3.2 存在不足及改造

（1）CRH1A-A、CRH3A/3C/5A、CRH380B/C/D、CR400AF/BF平臺動車組高壓無法自動識別高壓母線接地故障位置及所在單元，存在因未能準(zhǔn)確隔離故障單元，再次升弓后直接導(dǎo)致高壓接地造成嚴重后果。此外，受電弓至網(wǎng)側(cè)電流互感器CT1區(qū)域均無接地檢測功能。

（2）CRH2A、CRH380A、CRH6A平臺短編組動車組無法準(zhǔn)確定位高壓母線接地故障所在單元，存在因未能準(zhǔn)確隔離故障單元，再次升弓后直接導(dǎo)致高壓接地造成嚴重后果，且受電弓至網(wǎng)側(cè)電流互感器CT1區(qū)域無接地檢測功能。

（3）不同動車組平臺下高壓系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)略有不同，但受電弓至網(wǎng)側(cè)電流互感器CT1間無接地檢測（裝備車頂絕緣檢測裝置除外）是各平臺共有的缺陷，同時部分車型無法實現(xiàn)高壓母線或故障單元的識別與隔離，因而在接觸網(wǎng)發(fā)生上述幾種情況時，因動車組帶電升弓排查導(dǎo)致接觸網(wǎng)斷線，故障影響擴大。

針對以上問題，中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）組織各鐵路局集團公司對現(xiàn)有動車組和新造動車組進行設(shè)備改進，通過在高壓部分加裝保護裝置進行優(yōu)化。按照高壓系統(tǒng)改造方案，新造車已實施高壓保護功能，總體思路為：針對主斷路器前端高壓設(shè)備出現(xiàn)接地故障后避免熔網(wǎng)的保護邏輯，利用變電所跳閘后二次合閘間隙實現(xiàn)動車組快速降弓［7］。

以CR400BF動車組接地故障改造方案為例：在高壓隔離開關(guān)后端新增檢測非升弓單元接地故障的電流互感器CT4，通過過流繼電器、高壓控制單元和中央控制單元（CCU）實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)過流保護、升弓單元及非升弓單元接地定位、牽引變壓器過流和接地保護。CR400BF動車組改造后拓撲結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 CR400BF動車組改造后拓撲結(jié)構(gòu)

2 引入冷升弓進行應(yīng)急處置

2.1 冷升弓原理

在接觸網(wǎng)帶電情況下升弓排查故障動車組時，如動車組高壓設(shè)備故障接地，受電弓在升弓過程中，與有負載的接觸網(wǎng)導(dǎo)線接觸前瞬間會出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，極易誘發(fā)高溫熔網(wǎng)，導(dǎo)致接觸網(wǎng)斷線。冷升弓是指在電氣化鐵路運營中，遇有接觸網(wǎng)跳閘自動重合失敗時，供電臂內(nèi)動車組按規(guī)定全部降弓，人工試送電成功后，采用接觸網(wǎng)停電、動車組升弓、再送電的方式。采用冷升弓方式，受電弓與無負載的接觸網(wǎng)導(dǎo)線接觸后再送電，接觸網(wǎng)直接跳閘，避免拉弧的發(fā)生，可有效防止接觸網(wǎng)斷線事故發(fā)生，提高應(yīng)急處置效率［8-9］。引入冷升弓后的處置流程見圖3。

圖3 引入冷升弓后的處置流程

2.2 帶電升弓與冷升弓優(yōu)劣對比

采用冷升弓方式雖然可有效防止故障擴大，但需要多次反復(fù)停電升弓再送電，因此該方式的缺點是處置時間較長。帶電升弓和冷升弓的優(yōu)劣對比見表2。

表2 帶電升弓和冷升弓的優(yōu)劣對比

3 分工況優(yōu)化應(yīng)急處置

3.1 明確排查場景

不同平臺的存量車需結(jié)合《鐵路動車組運用維修規(guī)程》及其版本升級逐步改造完成，部分車型不具備改造條件，只能維持現(xiàn)狀。因此，采用冷升弓方式進行動車組故障排查或故障單元確認仍具有現(xiàn)實意義。實際案例統(tǒng)計顯示，動車組高壓部位故障導(dǎo)致跳閘在總體跳閘中占比較小，但破壞性較大，如果與大風(fēng)、雨雪天氣等不利因素耦合，極易導(dǎo)致斷網(wǎng)事故；而完全按照冷升弓方式排查又會增加列車調(diào)度員與供電調(diào)度員作業(yè)環(huán)節(jié)，并導(dǎo)致應(yīng)急處置時間延長，不利于運行秩序的恢復(fù)。利用既有設(shè)備功能，明確排查場景對提高應(yīng)急處置的效率具有重要作用。

對接觸網(wǎng)跳閘場景進行區(qū)分，結(jié)合動車組故障單元與高壓保護功能，通過故障代碼、受電弓視頻回放、外觀檢查、車型技術(shù)特點綜合研判，充分利用動車組冗余設(shè)備，在排查過程中，按不同場景進行細化，一是判明是否需要冷升弓排查，二是在冷升弓排查過程中根據(jù)不同場景判明是否需要逐列冷升弓，實現(xiàn)既不放過故障又不顯著增加作業(yè)目標(biāo)，以提高應(yīng)急處置效率。

3.2 工況分析及方案選擇

接觸網(wǎng)跳閘自動重合成功時，首列限速通過后無異?；謴?fù)正常行車。具備快速降弓功能的動車組，可通過視頻或外觀檢查，不侵限時，換弓運行；不具備車頂絕緣檢測裝置的，必須使用原受電弓時，需進行冷升弓驗證。接觸網(wǎng)跳閘自動重合失敗時，分工況排查流程見圖4。

圖4 分工況排查流程

分工況排查就是全部降弓后進行人工試送電，如送電失敗，可確定為接觸網(wǎng)故障。如送電成功，判斷是否為過負荷、F線等原因，供電部門確定為過負荷或F線原因時組織動車組恢復(fù)正常行車；非過負荷、F線原因跳閘時，可確定為動車組故障導(dǎo)致跳閘［10］，根據(jù)動車組故障代碼、受電弓視頻回放、外觀檢查及車型特點研判，后續(xù)根據(jù)實際場景采取換弓維持運行、冷升弓排查、救援等措施，具體如下：

（1）根據(jù)故障代碼判斷動車組電流互感器至車頂間的部位接地時，不再排查其他動車組，可直接定位故障單元并對該單元進行高壓隔離，動車組維持運行；如無法直接定位故障單元但可采取高壓隔離時，可分別隔離高壓單元進行冷升弓排查，將動車組故障單元隔離之后維持運行。

（2）通過受電弓視頻或外觀檢查發(fā)現(xiàn)異狀時，不再排查其他動車組，如有侵限需登頂處理時，動車組高壓部位故障且可隔離的，隔離后維持運行，高壓部位故障且不可隔離的，通過冷升弓方式排查。冷升弓排查無異常時，組織動車組正常運行，冷升弓排查送電仍跳閘時，根據(jù)申請及時組織救援。

（3）無上述異常情況，但動車組報網(wǎng)壓中斷或網(wǎng)壓異常故障（網(wǎng)壓過高除外）時，對供電臂內(nèi)所有動車組（具備車頂絕緣檢測裝置可不排查）通過冷升弓方式排查。在人工試送成功后，采用接觸網(wǎng)停電、全部動車組升弓（具備高壓系統(tǒng)隔離功能的動車組可在

升弓前采取隔離措施，但未進行排查的高壓單元在運用前需進行冷升弓驗證）、再送電方式，再次發(fā)生跳閘的，逐列冷升弓排查，確定故障動車組，確定故障動車組后，其余動車組可不排查。故障動車組高壓設(shè)備可隔離的，分別隔離不同單元并通過冷升弓方式排查，將故障單元隔離后維持運行，高壓設(shè)備不可隔離的，根據(jù)申請及時組織救援。

4 結(jié)束語

高速鐵路動車組運行速度高、行車密度大，隨著乘客對出行正點率要求提高，遇接觸網(wǎng)跳閘自動重合失敗時，在排除供電系統(tǒng)故障后，通過冷升弓、加裝動車組高壓檢測保護裝置可有效避免因動車組高壓部位接地故障盲目升弓導(dǎo)致弓網(wǎng)間拉弧燒斷接觸網(wǎng)導(dǎo)線的發(fā)生，通過細化優(yōu)化排查方案，根據(jù)現(xiàn)場實際情況結(jié)合受電弓視頻回放等技術(shù)手段分工況進行高效應(yīng)急處置，合理規(guī)避因冷升弓導(dǎo)致故障排查時間長的缺點，以最小代價盡快排查出故障原因，盡快恢復(fù)供電，恢復(fù)正常行車，從而降低接觸網(wǎng)跳閘對高速鐵路運行秩序的干擾，提高高速鐵路應(yīng)急處置效率和運輸效益，提升旅客的出行體驗。