CRH1型動(dòng)車組運(yùn)用中LCB異常斷開(kāi)的原因分析和處置方法

鄭　敏， 翁依弟

(南昌鐵路局　福州動(dòng)車段， 福建福州 350001)

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CRH1型動(dòng)車組運(yùn)用中LCB異常斷開(kāi)的原因分析和處置方法

鄭敏， 翁依弟

(南昌鐵路局福州動(dòng)車段， 福建福州 350001)

根據(jù)CRH1型動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)主斷路器(LCB)的結(jié)構(gòu)功能和工作原理，結(jié)合運(yùn)用中發(fā)生的異常斷開(kāi)故障實(shí)際情況，分析了運(yùn)用中網(wǎng)側(cè)主斷路器異常斷開(kāi)的主要原因，并提出相應(yīng)的處置方法。

CRH1型動(dòng)車組； LCB； 原因分析； 處置方法

CRH1型動(dòng)車組的LCB(網(wǎng)側(cè)斷路器，Line Circuit-Breaker)，安裝在受電弓和主變壓器原邊繞組之間，作為電源主開(kāi)關(guān)用以斷開(kāi)或接通動(dòng)車組與高壓接觸網(wǎng)間的電源電路，并在動(dòng)車組牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，作為安全保護(hù)系統(tǒng)的一部分?jǐn)嚅_(kāi)接觸網(wǎng)側(cè)供電電源。LCB的正常工作是動(dòng)車組列車安全運(yùn)行的必要條件。

1　LCB的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1LCB的結(jié)構(gòu)組成

CRH1型(799系、796系、790系)動(dòng)車組裝用的是泰科網(wǎng)側(cè)斷路器，采用電子-機(jī)械操作模式，不需要壓縮空氣。其主要結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

1-真空斷續(xù)器組件；2-上驅(qū)動(dòng)外罩；3-驅(qū)動(dòng)桿；4-接地開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)；5-接地臂；6-下外殼；7-接地開(kāi)關(guān)操作手柄；8-車輛接口連接器；9-設(shè)備識(shí)別標(biāo)簽；10-支撐絕緣子；11-聯(lián)鎖鑰匙交換器。

圖1泰科網(wǎng)側(cè)斷路器主要結(jié)構(gòu)部件圖

1.2LCB的工作原理

LCB使用列車蓄電池電源和一個(gè)內(nèi)嵌儲(chǔ)能電容器來(lái)改變一個(gè)磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，當(dāng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)改變狀態(tài)時(shí)，會(huì)通過(guò)一個(gè)外部驅(qū)動(dòng)桿和兩個(gè)鐘錘杠桿機(jī)構(gòu)來(lái)移動(dòng)真空斷續(xù)器內(nèi)的網(wǎng)側(cè)電壓觸點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)斷路器的閉合或斷開(kāi)。當(dāng)LCB收到動(dòng)車組TCMS系統(tǒng)(Train Control and Management System 列車控制管理系統(tǒng))發(fā)出的一個(gè)有效閉合指令時(shí), 蓄電池電壓電路為磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供電源，使操動(dòng)機(jī)構(gòu)移向閉合位，操動(dòng)機(jī)構(gòu)狀態(tài)的改變提供了一種推力，這種推力促使外部驅(qū)動(dòng)桿將真空斷續(xù)器的移動(dòng)觸點(diǎn)閉合。一旦操動(dòng)機(jī)構(gòu)改變了狀態(tài)，永久磁鐵會(huì)提供一種推力足以使接觸彈簧機(jī)構(gòu)將真空斷續(xù)器內(nèi)的網(wǎng)側(cè)電壓觸點(diǎn)保持吸合。同理，當(dāng)LCB接收到TCMS系統(tǒng)發(fā)出的取消閉合指令即斷開(kāi)指令時(shí)，給磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供電源促使其移至斷開(kāi)位。

2　LCB運(yùn)用中異常斷開(kāi)故障統(tǒng)計(jì)

對(duì)單位配屬的41組CRH1A型動(dòng)車組2年時(shí)間內(nèi)所發(fā)生的LCB運(yùn)用中異常斷開(kāi)故障，按引發(fā)異常斷開(kāi)的原因進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)和分析，具體故障情況比例如表1。

3　LCB運(yùn)用中異常斷開(kāi)的原因分析和對(duì)應(yīng)的處置方法

從表1可看出，當(dāng)接觸網(wǎng)側(cè)異常、動(dòng)車組負(fù)載側(cè)異常、斷路器本體故障和錯(cuò)誤接收到斷開(kāi)指令等情況發(fā)生時(shí)，都會(huì)造成LCB運(yùn)用中發(fā)生異常斷開(kāi)。

表1　異常故障統(tǒng)計(jì)表

3.1因接觸網(wǎng)側(cè)異常引發(fā)的LCB異常斷開(kāi)

3.1.1接觸網(wǎng)側(cè)異常的主要原因

(1) 接觸網(wǎng)側(cè)受流異常主要表現(xiàn)為：網(wǎng)側(cè)過(guò)流故障(故障代碼為3218、3418)、網(wǎng)側(cè)過(guò)電流測(cè)量故障(故障代碼3222、3422)。

(2) 接觸網(wǎng)供電異常主要因?yàn)榫W(wǎng)側(cè)電壓的干擾，高壓接觸網(wǎng)供電電壓不穩(wěn)定，網(wǎng)側(cè)電壓不正常(網(wǎng)側(cè)電壓高于29 kV或低于20 kV，故障代碼3100)，干擾了動(dòng)車組高壓供電牽引系統(tǒng)，動(dòng)車組自動(dòng)保護(hù)性降下受電弓。

3.1.2應(yīng)對(duì)處置方法

(1) 如果動(dòng)車組TCMS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)判斷到接觸網(wǎng)側(cè)的瞬間假故障，則動(dòng)車組自動(dòng)進(jìn)行高壓系統(tǒng)配置，自動(dòng)切換受電弓，不必進(jìn)行任何操作，待系統(tǒng)完成換弓操作。如果自動(dòng)換弓未能完成，改為手動(dòng)換弓。

(2) 如果發(fā)生網(wǎng)側(cè)過(guò)流故障，30 min內(nèi)出現(xiàn)3次，則高壓系統(tǒng)將被永久封鎖，僅能通過(guò)主控復(fù)位來(lái)解除封鎖。結(jié)合實(shí)際運(yùn)用，發(fā)生網(wǎng)側(cè)過(guò)電流故障通常是由于網(wǎng)側(cè)高壓電路接地短路造成，車組將自動(dòng)降弓，并封鎖相鄰的高壓設(shè)備。當(dāng)受電弓升起受流時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流通過(guò)電流互感器(變比為800∶5 A)進(jìn)行測(cè)量。經(jīng)過(guò)測(cè)量的電流值通過(guò)網(wǎng)側(cè)電路檢測(cè)回路流經(jīng)p1.k2.35過(guò)流繼電器，如果電流值大于其設(shè)定值2.8 A，則過(guò)流繼電器動(dòng)作，車組報(bào)出網(wǎng)側(cè)過(guò)電流故障。

圖2　CRH1A型動(dòng)車組高壓設(shè)備布置示意圖

根據(jù)接地放電點(diǎn)的不同，對(duì)存在短路的車頂網(wǎng)側(cè)高壓設(shè)備采取如下應(yīng)急措施：

(a) 如只是TP1的上網(wǎng)側(cè)高壓設(shè)備出現(xiàn)短路過(guò)流情況，可在IDU上斷開(kāi)線路斷路器1并將其隔離,使該動(dòng)力單元的高壓供電停止，將TP1的受電弓隔離，使用TP2上的受電弓受流，以另兩個(gè)動(dòng)力單元維持運(yùn)行。

(b) 如只是TP2的上網(wǎng)側(cè)高壓設(shè)備出現(xiàn)短路過(guò)流情況，可在IDU上斷開(kāi)線路斷路器2并將其隔離,使該動(dòng)力單元的高壓供電停止，將TP2上的受電弓隔離，重新升起TP1的受電弓受流，以另兩個(gè)動(dòng)力單元維持運(yùn)行。

(c) 如只是Tb車上的網(wǎng)側(cè)高壓設(shè)備出現(xiàn)短路過(guò)流情況，可在IDU上將線路斷路器1及線路斷路器2都斷開(kāi)并隔離。此時(shí)因高壓母線被斷開(kāi)，僅能使用TP1或者TP2的單個(gè)動(dòng)力單元限速運(yùn)行。

(3) 當(dāng)接觸網(wǎng)電壓不在正常范圍內(nèi)(低于20 kV或高于29 kV)，動(dòng)車組會(huì)自動(dòng)降弓并斷開(kāi)主斷路器；網(wǎng)壓高于30 kV,5 min以上時(shí)，主斷路器也將自動(dòng)斷開(kāi)。通知相關(guān)鐵路部門檢查該區(qū)段高壓接觸網(wǎng)、供電穩(wěn)定性并對(duì)存在的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理。待接觸網(wǎng)壓調(diào)整到正常值(穩(wěn)定20～29 kV范圍內(nèi))后，在IDU上做主控復(fù)位，重新升弓。

(4) 受電弓故障引發(fā)的LCB斷開(kāi)并自動(dòng)降弓。通常是由于碳滑板或碳滑板監(jiān)測(cè)管路漏風(fēng)引起，可把ADD(碳滑板檢測(cè)裝置)供給閥關(guān)閉。若是受電弓出現(xiàn)機(jī)械故障，則需按以下步驟操作：

(a) 降弓停車，下車目視檢查故障弓技術(shù)狀態(tài)，確認(rèn)弓已降下。

(b) 切除故障受電弓的主斷路器。(若僅為受電弓機(jī)械故障導(dǎo)致自動(dòng)降弓無(wú)法再次升起時(shí),則不必要將正常的主斷路器隔離而失去一個(gè)單元的動(dòng)力，建議只將故障受電弓從IDU上隔離并切斷升弓風(fēng)路即可，這樣可確保車組不限速維持運(yùn)行。如受電弓降弓狀態(tài)下機(jī)械部件脫落造成網(wǎng)側(cè)高壓接地，可參照網(wǎng)側(cè)過(guò)流故障的應(yīng)急方法處理，主控復(fù)位后將該受電弓及該動(dòng)力單元的線路斷路器隔離，使高壓接地的部分與高壓母線完全斷開(kāi)隔離。)

(c) 切斷升弓風(fēng)路。

(d) 切換受電弓，使用剩余動(dòng)力運(yùn)行。

3.2動(dòng)車組負(fù)載側(cè)異常引發(fā)的LCB異常斷開(kāi)

(1)動(dòng)車組負(fù)載異常的主要原因

動(dòng)車組牽引供電系統(tǒng)或用電設(shè)備發(fā)生如變壓器二次繞組短路、主變壓器內(nèi)油位過(guò)低或油溫超溫、直流環(huán)節(jié)短路、一個(gè)IGBT上的拉弧、GDU故障、相位間短路、DCU/L MVB、DCU/M MVB通訊故障等都可能引發(fā)單元內(nèi)LCB異常斷開(kāi)。

(2)應(yīng)對(duì)處置方法

當(dāng)出現(xiàn)上述原因的故障而引發(fā)LCBT(網(wǎng)側(cè)主斷路器)異常跳開(kāi)時(shí)，往往伴隨著網(wǎng)側(cè)變流器LCM立即被自動(dòng)隔離。同時(shí)，高壓供電、牽引系統(tǒng)也能夠自動(dòng)檢測(cè)到上述故障，并將故障信息數(shù)據(jù)反饋到ODBS以供下載分析。此時(shí)動(dòng)車組設(shè)備故障是很難自動(dòng)恢復(fù)的，但如果是單個(gè)變流器LCM出現(xiàn)上述故障時(shí)，只有變流器LCM或MCM發(fā)生故障單元的LCBT會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，其他單元LCBT不會(huì)受到影響，這時(shí)可根據(jù)LCM或MCM發(fā)生故障的實(shí)際情況，采取對(duì)故障變流器LCM或MCM進(jìn)行復(fù)位操作，或切除隔離故障的變流器，以降低對(duì)動(dòng)車組列車牽引供電整體系統(tǒng)的影響。

3.3因LCB本體故障引發(fā)的異常斷開(kāi)

(1)因?yàn)長(zhǎng)CB主體是安裝在車頂外露部位，運(yùn)用中長(zhǎng)期受到風(fēng)雨粉塵的侵蝕，會(huì)使絕緣橡膠件的老化龜裂甚至破損等，造成斷路器本體絕緣值降低和動(dòng)作結(jié)構(gòu)機(jī)械卡滯故障發(fā)生，繼而引發(fā)了LCB運(yùn)用中出現(xiàn)異常斷開(kāi)故障。

(2)如果LCB因故障斷開(kāi)后無(wú)法閉合，在IDU顯示主斷路器的狀態(tài)為紅邊框，同時(shí)會(huì)報(bào)出LCBT不按指令閉合故障，按以下步驟操作：

(a) 在IDU高壓界面下點(diǎn)選此斷路器，切除幾秒鐘后再切入。

(b) 如仍顯示故障，則在合適的時(shí)間停車進(jìn)行降弓，主控復(fù)位。

(c) 若以上兩點(diǎn)操作后仍無(wú)法閉合時(shí)，為斷路器內(nèi)部存在硬件上的故障，則應(yīng)在IDU上手動(dòng)隔離此故障斷路器，根據(jù)情況確定是否需要改升另外一個(gè)受電弓，確保車組有最大動(dòng)力，待動(dòng)車組回庫(kù)后進(jìn)一步處理。

3.4因接收到異常斷開(kāi)指令引發(fā)LCB異常斷開(kāi)

(1) 接收到異常指令的主要原因

地面線路干擾磁場(chǎng)過(guò)大而產(chǎn)生了假信號(hào)，動(dòng)車組過(guò)分相裝置收到了地面假分相區(qū)信號(hào)，致使自動(dòng)過(guò)分相裝置動(dòng)作，按照動(dòng)車組TCMS系統(tǒng)安全控制邏輯，TCMS系統(tǒng)會(huì)立即給LCB發(fā)出斷開(kāi)指令，繼而造成LCB錯(cuò)誤斷開(kāi)。(此類故障在新線區(qū)段發(fā)生的概率較高)。

(2) 應(yīng)對(duì)處置方法

(a) 動(dòng)車組運(yùn)行中，動(dòng)車組司機(jī)及時(shí)重新按壓一下升弓鍵或分相區(qū)鍵，動(dòng)車組就可恢復(fù)正常。

(b) 事后要檢測(cè)搜索出造成磁場(chǎng)假信號(hào)致使自動(dòng)過(guò)分相裝置動(dòng)作的具體地點(diǎn)，縮小干攏磁場(chǎng)的具體方位，對(duì)產(chǎn)生干擾磁場(chǎng)的部件進(jìn)行消磁處理，以徹底消除隱患。

4　結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)車組高壓供電牽引系統(tǒng)的良好運(yùn)用是提供安全優(yōu)質(zhì)乘車環(huán)境的重要基礎(chǔ)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析配屬的41組CRH1A型動(dòng)車組在2年時(shí)間內(nèi)運(yùn)用中發(fā)生的網(wǎng)側(cè)斷路器異常動(dòng)作的情況，按引發(fā)異常斷開(kāi)的原因進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)和原因分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)急處置方法。在后續(xù)近一年的運(yùn)用實(shí)踐中也證明了提出的LCB故障應(yīng)急處置方法是合理有效的，特別是對(duì)該型動(dòng)車組運(yùn)行中發(fā)生LCB異常斷開(kāi)故障時(shí)的應(yīng)急處置具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。有利于提高CRH1型動(dòng)車組供電牽引系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為旅客創(chuàng)造更加安全優(yōu)質(zhì)的乘車環(huán)境。

[1]張曙光.CRH1型動(dòng)車組[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.

[2]泰科網(wǎng)側(cè)斷路器使用說(shuō)明，BST公司.操作與維護(hù)說(shuō)明書[R].2007.

[3]周睿娟.CRH1型動(dòng)車組LCBT控制電路的改進(jìn)[J].鐵道機(jī)車車輛，2011,31(1)：111-112.

[4]韓通新.弓網(wǎng)受流中出現(xiàn)連續(xù)花火的原因分析[J].鐵道機(jī)車車輛，2003，23(3)：58-61.

Abnormal Disconnect Analysis and Disposal Methods of LCB for CRH1Multiple Units

ZHENG Min, WENG Yidi

(Fuzhou Depot for Multiple Units, Nanchang Railway Bureau, Fuzhou 350001 Fujian, China)

Based on the structure function and operating principle of line circuit-breaker (LCB), the main causes of abnormal disconnection faults of LCB are analyzed in practical application, and the corresponding disposal methods are given.

CRH1multiple units; LCB(line circuit-breaker); reason analysis; disposal methods

1008-7842 (2016) 01-0090-03

男，高級(jí)工程師(

2015-08-13)

U266.2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.23