高鐵動車組惰行試驗與應用實踐

張寶奇，茹慶文

高鐵動車組惰行試驗與應用實踐

張寶奇，茹慶文

動車組具有優異的惰行性能，給接觸網故障臨時搶通設置無電區、降弓區創造了條件。通過組織動車組惰行試驗和對試驗數據統計分析，初步掌握了不同速度、不同坡度條件下動車組惰行規律。結合高鐵線路實際，制定每個供電單元（供電臂）惰行方案，對高速鐵路利用動車組惰行實施接觸網故障快速搶通進行了有益的嘗試與實踐。

接觸網；動車組；惰行試驗；搶修

0 引言

保持高速運行的動車組安全不間斷供電是高速鐵路接觸網運營維護單位的根本任務。一方面，高速鐵路接觸網一旦較長時間故障及動車組停運，就會造成大量旅客在車站積壓。另一方面，接觸網故障停電后，動車組空調換氣設備同時失去電能供應而停用。由于動車組密閉性能好，一般情況下3～4 h后乘客將悶熱煩躁（尤其是酷暑季節）。由于高鐵接觸網維護工區分布在車站附近且工區間相距較遠，故障發生后，組織搶修人員趕赴現場、開展搶修工作均需要耗費一定的時間。因此，高速鐵路接觸網故障發生后，一旦處置時間長極易發生社會事件。中國鐵路總公司制定的高速鐵路接觸網故障搶修“先行供電”、“先通后復”和“先通一線”的基本原則，其目的就是要以最快的速度滿足滯留動車組列車的供電條件，盡快疏通線路。

高速鐵路線路平順性好，動車組運行速度高、啟動加速快，動力學性能好，惰行距離長。動車組優異的惰行性能給接觸網故障臨時搶通設置無電區、降弓區創造了條件。為掌握高速鐵路動車組在不同線路條件下惰行規律，2014年9月2日，鄭州鐵路局組織在管內鄭西高鐵鄭州西站—三門峽南站間開展動車組惰行性能試驗。通過對試驗數據統計分析，初步掌握了不同速度、不同坡度條件下動車組惰行規律。結合管內高鐵線路實際，制定了每個供電單元（供電臂）惰行方案，對高速鐵路組織動車組惰行實施接觸網故障快速搶通進行了有益的嘗試與實踐。

1 試驗概況

1.1 精選試驗范圍

鄭州鐵路局管內已開通鄭西、京廣高鐵，其中鄭西高鐵鄭州西站—三門峽南站間線路長，坡道數量多（120處）、坡度大（最大坡度20‰）、隧道多（最長隧道8.489 km）。因此，確定鄭西高鐵鄭州西站—三門峽南站間（K591+850-K815+471，共計約224 km）為試驗區段。

1.2 做好試驗組織

為保證試驗安全順利進行，在借鑒其他鐵路局惰行性能試驗經驗的基礎上，重點做好以下工作：

（1）取消鄭西高鐵當日維修天窗，創造試驗條件。

（2）為保證試驗數據的真實可靠，要求司機操作除超速或其他安全需要必須采取制動措施外，其他情況不得制動。

（3）積極與運輸、機務、車輛、電務、工務、調度等部門溝通，深度了解各專業對本次試驗的要求，并不斷完善試驗方案。

（4）確定采用300S型CRH380AL動車組為試驗機型，委托電務部門提供動車組的運行數據。

（5）為消除動車組長時間惰行存在的安全隱患，須全面調查試驗區段接觸網電分相位置，確定動車組惰行通過電分相最低運行速度（不小于40 km/h），嚴防試驗動車組停在分相無電區，并制定試驗動車組停在分相無電區的應急預案。要調查掌握接觸網停電狀態下動車組總風風壓變化情況及其對行車安全的影響，確定試驗期間動車組運行允許的最低總風風壓（不小于620 kPa）。

試驗采用300S型CRH380AL動車組模擬故障情況下惰行。在接觸網不停電的情況下，斷開動車組主斷路器、降弓、惰行，模擬接觸網故障停電。參加試驗人員共計30人，基本為空載運行。試驗期間，動車組運行允許的總風風壓安全最小值為620 kPa和安全極限值為580 kPa，蓄電池組電壓安全最小值為87 V。

2 試驗數據分析

2.1 數據規律分析

試驗結束后，電務部門提供了試驗期間動車組運行記錄數據（運行時刻、公里標、速度）；工務部門提供了試驗區段線路坡度表、沿線風速、溫度、濕度等氣象條件。利用試驗數據描繪出了不同坡度、速度下惰行距離曲線。上坡情況下速度-惰行距離曲線如圖1所示。

圖1 上坡情況下速度-惰行距離曲線圖

從圖1可以看出，在一定的運行初速度和一定的時間范圍內，每公里速度損失和惰行距離呈線性關系。

2.2 數據匯總列表

供電部門組織人員對約9 500項試驗數據、試驗錄像進行了詳細對比分析，得出了上坡、下坡不同坡度以及平坡、隧道在不同運行速度條件下惰行數據。部分上坡線路具體分析結果如表1。

2.3 結論

（1）上坡坡度大于12‰，每公里速度損失一般大于10 km/h；上坡坡度小于4‰，每公里速度損失一般為7 km/h。

（2）平坡即坡度為0‰情況下，每公里速度損失一般小于4 km/h。

（3）下坡坡度小于4‰，每公里速度損失一般為4 km/h；坡度大于12‰，每公里速度損失數值為負數，即為加速度。

（4）隧道內、外每公里速度下降幅度基本一致。故隧道對動車組惰行時每公里速度下降幅度基本無影響。

3 試驗數據運用

3.1 按供電單元停電惰行

該情況適用于接觸網對整個供電臂（或供電單元）均不能送電、需要惰行通過的情況。由于每個供電單元內坡度情況不同，要實現按供電單元惰行就必須逐一計算每個供電單元惰行前初速度。根據線路坡度詳細數據、每個接觸網供電單元的起止公里標和表1數據，考慮動車組載客、風速影響和車型變化等實際情況下誤差和一定的安全系數，反推計算出鄭州局管內的鄭西高鐵、石武高鐵每個供電單元或供電臂停電時惰行前最小初速度（出口末速度按30 km/h計算），見表2。該表可作為高鐵接觸網故障搶修動車組惰行時參考資料使用。

表2 京廣高鐵接觸網故障（停電）動車組惰行距離參考表（供電臂）

3.2 按具體停電范圍惰行

該情況適用于只有小范圍接觸網故障，比如幾個跨距或一個錨段接觸網故障臨時搶通后接觸網帶電，但需降弓運行情況。顯然該種情況惰行距離較供電單元短得多。在動車組高速運行條件下一般情況下不成問題。若特殊情況動車組啟動位置距離降弓地段近，根據諸如表1的惰行規律，通過計算也能反推惰行初速度。

4 存在的問題

4.1 動車組總風風壓

動車組運行中需從接觸網取電維持總風風壓（標準為不低于600 kPa）。本次試驗動車組斷開主斷路器后確實存在總風風壓下降的情況。本次試驗惰行開始前風壓均為800 kPa以上，且動車組基本為空載車體，試驗人員（含司機）僅30余人。而實際運營動車組在惰行中，因車上旅客滿載空氣彈簧用風及旅客使用衛生間真空集便用風，均會使總風風壓下降速度比試驗要快。故本次試驗并不能完全反映出實際運營動車組總風風壓的衰減趨勢及時間、距離。

4.2 動車組蓄電池組電壓

在2014年9月2日澠池南—鄭州西區段上行試驗（第5次試驗，一次惰行距離近100 km）中，動車組蓄電池組電壓曾跌至87 V，后及時采取升起動車組受電弓、閉合主斷路器進行取流的措施對蓄電池組充電，避免因蓄電池組電壓過低造成動車組不能正常運行。經分析，這是連續多次試驗長時間斷電（僅此區段就長達32 min）、惰行開始時蓄電池組電壓未能充滿所致。因此，在正常情況下，動車組一次惰行對蓄電池組電壓的影響可以忽略。

4.3 運行初速度

顯然，動車組初速度越高，惰行距離越長。每次惰行應盡可能提高惰行初速度。由于受啟動位置與惰行地段距離長短及線路條件的影響，未計算進入每個供電臂（供電單元）載客動車組準確的進入初速度。但查閱了有關動車組資料，動車組加速度一般約為0.5 m/s2，按物理學勻加速運動的計算公式，可較為準確計算動車組在一定距離范圍達到某個速度所需要的距離，即按照動車組啟動位置與惰行地段距離，可計算判斷動車組能否達到惰行所需初速度。

4.4 其他

其他有可能影響動車組惰行性能的因素還有動車組型號、風速和濕度等。本次試驗動車組車型為CRH380AL、氣象情況為風速2～3級、空氣濕度20%。

5 試驗數據實際驗證情況

2015年4月10日，鄭州鐵路局管內京廣高鐵“新鄭東變電所—老劉莊AT所下行”供電單元接觸網故障，鄭州局果斷采取了動車組惰行應急搶通方案。該次故障共有5趟動車組實行惰行通過故障供電單元。該供電單元實際線路長度12.150 km，經查計算數據：惰行前進口初速度不小于96 km/h，出口速度為30 km/h。

通過調取惰行動車組運行數據并通過再次反推計算，結果表明，實際運行出口速度均大于考慮安全系數后計算的速度。如初速度最小的G501次，初速度為263 km/h，出口速度實際值為232 km/h，計算值為197 km/h，計算值低于實際值。這表明雖然計算安全系數偏向保守，但可靠性可以保證。

6 建議

文獻[1]介紹了上海鐵路局組織的3次惰行試驗和3次故障搶修動車組惰行情況。根據中國鐵路總公司公布的資料，鄭州、武漢等鐵路局也已多次在故障搶修中采取了動車組惰行方案，最快速度恢復了高鐵運行，充分證明了采取動車組惰行搶通方案的必要性和可行性。這是我國電氣化鐵路工作者的一項創舉，值得不斷總結經驗并推廣使用。為此，提出幾點建議：

（1）加強理論研究和試驗驗證。要從理論研究和仿真計算上加強各型動車組惰行性能、啟動加速性能研究和仿真計算，提供理論數據支持。新型動車組上線試驗應進行模擬載客惰行性能試驗。

（2）加強運用安全不間斷監控。動車組惰行期間，動車組司機和隨車機械師應密切監控動車組總風風壓、蓄電池組電壓的變化情況，確保動車組安全運行。

（3）加強普速列車惰行性能研究。為掌握普速鐵路列車惰行性能，建議開展普通客車、貨車惰行試驗，為普速鐵路接觸網故障搶修普速列車惰行提供可靠依據。

[1] 高速鐵路接觸網故障搶修規則.鐵總運[2014] 53號文件.

[2] 趙朝蓬，胡志洪. 高鐵動車組長距離降弓通過方案的研究與實踐[J]. 電氣化鐵道，2014，（1）.

The Electric Multiple Unit (EMU) has very excellent idle running performance, providing conditions for setting the neutral zone and pantograph lowering zone for emergency repair of overhead contact system faults. On the basis of organizing the EMU idle running test and analysis of test data statistics, the idle running regularities of EMU under different speeds and different running gradients have been known preliminarily. With connection of high speed railway practices, the idle running scheme for each power supply section (power supply arm) is established, and useful experiments and practices have been performed for emergency repair of OCS faults by implementing the idle running of EMU on high speed railway.

OCS; electric multiple unit; idle running test; emergency repair

U226.8

：B

：1007-936X(2016)01-0020-04

2015-06-24

張寶奇.鄭州鐵路局供電處，高級工程師，電話：13613820559；茹慶文.鄭州鐵路局鄭州供電段，助理工程師。