基于動車組3C 裝置檢測信息的非工作受電弓異常升弓狀態分析*

楊志鵬，趙 雋，張文軒，蘇 鵬，王 斌

（1 中國鐵道科學研究院集團有限公司 基礎設施檢測研究所，北京 100081；2 中國國家鐵路集團有限公司 鐵路基礎設施檢測中心，北京 100081；3 中國鐵路昆明局集團有限公司 工電部，昆明 650114）

1 檢測原理及數據來源

動車組3C 裝置主要由車頂測量模塊、車內數據處理模塊和無線數據傳輸等組成，在地面設置地面數據接收分析終端進行數據集中接收分析處理。典型3C 裝置車頂測量模塊如圖1 所示。

圖1 動車組3C 裝置車頂測量模塊

動車組3C 裝置采用了立體視覺測量、圖像識別、紅外測溫等測量技術，并運用神經網絡、大數據分析等前沿技術進行數據處理，保障了檢測監測數據的真實可靠。典型3C 裝置預警數據如圖2所示。

圖2 動車組3C 裝置典型預警數據

自2015 年，原中國鐵路總公司組織供電專業裝備現代化專項工作以來，已經建設覆蓋全國鐵路18 個鐵路局集團公司共計203 套動車組3C 裝置，動車組3C 裝置的運用積累了海量的檢測監測數據，為設備維修管理單位更加全面的掌握接觸網狀態提供了幫助，提高了接觸網設備維修的針對性。

文中聚焦受電弓異常升降弓信息，對累積2 年的數據進行查詢整理，共計整理900 余條預警數據信息，數據信息包括安裝車輛編號、發生時間、受電弓編號、運行速度、發生位置等內容。

2 異常升降弓數據分析

受電弓是從接觸網獲取電能傳輸至動車組牽引變流系統的重要部件，在運行過程中要保證狀態穩定。目前，我國擁有CRH 和諧號和CR 復興號2 個 系 列 的 動 車 組 平 臺［2］，8 編 組 動 車 組 有2 架 受電弓，運行中升起1 架受流工作；16 編組動車組有4 架受電弓，運行中升起2 架受流工作。按照動車組操作規程，運行中除遇到異物打弓、弓網故障等特殊情況，不進行受電弓更換。根據上述運用管理特點，對3C 裝置記錄的900 余條異常升降弓數據信息進行多角度分析如下：

2.1 運行速度特征

根據動車組運用相關規定“動車組列車在運行途中，因不明確原因需要更換受電弓運行時，司機應減速至200 km/h 以下更換”［3］，因 此 可以對發生異常升降弓時的速度進行統計分析，判斷是人工操作因素或其他因素。速度統計如圖3 所示。

圖3 3C 裝置受電弓異常升降弓信息速度分布圖

由上圖可以看出，異常升降弓情況發生在275～300 km/h 速度區段占比高，約為50%，不符合動車組運用要求，可判斷為異常狀態；異常升降弓情況發生在160 km/h 以下速度區段分布均勻，可判斷為正常操作；其余情況零星分布，可判斷為偶然因素。

2.2 車輛分布特征

截止2020 年4 月，動車組3C 裝置安裝了203輛，平臺覆蓋了14 個車型。為分析受電弓異常升降的情況，對發生的車輛進行統計分析，同時為了減少偶然因素，僅對發生次數大于10 次的車輛進行統計（合計541 次），如圖4 所示。

濕陷性黃土地質、液化地質、軟土等不良地質對管道埋深也有一定影響。但是，以往的設計工作者由于地質條件和水文資料不好把握，所以在設計時一般都忽略這些因素，這也是今后設計和施工單位需密切關注的一個工作重點。

圖4 3C 裝置受電弓異常升降弓信息車輛分布圖

由上圖可以看出CRH380A 型動車組的數據較為集中，為464 次，同時通過核對基礎資料及圖像信息，確認該車型發生異常降弓的受電弓均為DSA380 型。其中編號為CRH380A-***1 動車組的受電弓異常升降弓信息數量最為集中，達到312 次。

根據動車組運用相關規定，已知動車組高速運行中不進行受電弓切換，通過查看3C 裝置全部圖像數據，確認CRH380A-***1 上述312 次均為運行中的非工作受電弓。

2.3 發生位置特征

對CRH380A-***1 的312 次非工作受電弓異常升弓數據信息的發生位置進行統計分析，發現在隧道內為252 次，其余60 次位于隧道出入口。再次對CRH380A-***1 的312 次數據信息的速度進行統計分析，發現大于275 km/h 的速度為307 次，其余速度零散分布。該動車組受電弓在隧道內典型異常升降弓過程為進入隧道一段距離后非工作受電弓升起，與接觸線觸碰運行一段距離，此時動車組2 架受電弓升起；出隧道前非工作受電弓落下，恢復正常一架受電弓運行。且在不同隧道內存在升降弓反復過程，典型的升降弓過程連續圖像如圖5 所示。

圖5 CRH380A-***1 受電弓異常升降弓過程圖

通過上述數據分析，可以總結如下：CRH380 A-***1 動車組采用DSA380 型受電弓，運行速度大于275 km/h 時，在隧道或出入隧道口附近，容易發生非工作受電弓異常升弓情況。

2.4 安全性分析

當非工作受電弓異常升弓發生時，2 架受電弓同時升起，不利于受電弓—接觸網系統安全運行，存在如下安全隱患：

（1）如遇到電分相、絕緣關節等接觸網特殊位置時，雙弓同時升起狀態下容易發生短路跳閘等故障，影響牽引供電系統穩定性和動車組正常運行。

（2）非工作受電弓異常升起是因隧道內空氣動力作用，無穩定升弓作用力，升弓狀態不穩定，同時工作受電弓會引起接觸線振動，抖動的接觸線會擊打非工作受電弓滑板，不利于安全運行。

（3）非工作受電弓異常升起后，因無穩定的接觸力，電氣上容易與接觸線“虛接”引起燃弧，嚴重時燒蝕線索及滑板。

3 受電弓測試與調整

針對上述問題，供電專業與車輛專業及時啟動了輛供聯控機制，共享數據信息，利用動車組檢修時間，進行受電弓檢查。

3.1 落弓保持力測試

根據《GB∕T 21561.1-2018 軌道交通 機車車輛受電弓特性和試驗第1 部分：干線機車車輛受電弓》［4］中對落弓保持力定義為“保持整個受電弓在落弓位置時弓頭所受的垂直方向的力”，對該項目的要求為“落弓保持力可以由用戶和制造商協商確定。”

采用彈簧秤提拉CRH380A-***1 動車組4 車、6 車受電弓，測量的落弓保持力為240 N 左右，與該型受電弓型式試驗及出廠檢驗的數值基本一致。

3.2 受電弓控制氣路檢查

受電弓升弓控制裝置提供可靠的壓縮空氣用于升弓和降弓［5］，動車組受電弓主要采用氣囊式［6］。經動車所內升降弓檢修測試，受電弓升弓、降弓時間正常，2 架受電弓升弓靜態接觸力分別為75、72 N，ADD 自動降弓功能均正常，氣路接頭無漏氣現象。

3.3 受電弓安裝狀態

參考發明專利“高速受電弓防止飄弓的調整方 法”（申 請 公 布 號CN110315984A）［7］公 開 資 料，核對受電弓落弓狀態下的水平度，可通過調整受電弓前端支撐絕緣子的安裝墊片改變受電弓落弓下的角度。經動車段檢修人員調整，原始04 受電弓連接桿距離車頂780 mm，06 受電弓連接桿距離車頂776 mm；調整后04 受電弓連接桿距離車頂772 mm，06 受電弓連接桿距離車頂770 mm，均改變了受電弓落弓角度。

調整后該車正常運行已30 余天，沒有再發生異常升降弓問題，表明該調整方案合理有效。

4 小 結

通過動車組3C 裝置海量檢測監測信息分析，聚焦受電弓異常升降弓信息，通過運行速度、安裝車型、發生位置等多維度信息分析，針對某一CHR380A 型動車組安裝的DSA380 型受電弓運行中的非工作受電弓異常升弓現象進行了詳細分析，結合動車組檢修進行了檢查維護，調整受電弓安裝狀態后，未發生受電弓異常升降弓現象。建議供電、車輛專業在日后工作中應深入分析各類檢測監測信息，優化設備運用狀態。