高鐵動(dòng)車組惰行試驗(yàn)與應(yīng)用實(shí)踐

張寶奇，茹慶文

高鐵動(dòng)車組惰行試驗(yàn)與應(yīng)用實(shí)踐

張寶奇，茹慶文

動(dòng)車組具有優(yōu)異的惰行性能，給接觸網(wǎng)故障臨時(shí)搶通設(shè)置無(wú)電區(qū)、降弓區(qū)創(chuàng)造了條件。通過(guò)組織動(dòng)車組惰行試驗(yàn)和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，初步掌握了不同速度、不同坡度條件下動(dòng)車組惰行規(guī)律。結(jié)合高鐵線路實(shí)際，制定每個(gè)供電單元（供電臂）惰行方案，對(duì)高速鐵路利用動(dòng)車組惰行實(shí)施接觸網(wǎng)故障快速搶通進(jìn)行了有益的嘗試與實(shí)踐。

接觸網(wǎng)；動(dòng)車組；惰行試驗(yàn)；搶修

0 引言

保持高速運(yùn)行的動(dòng)車組安全不間斷供電是高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位的根本任務(wù)。一方面，高速鐵路接觸網(wǎng)一旦較長(zhǎng)時(shí)間故障及動(dòng)車組停運(yùn)，就會(huì)造成大量旅客在車站積壓。另一方面，接觸網(wǎng)故障停電后，動(dòng)車組空調(diào)換氣設(shè)備同時(shí)失去電能供應(yīng)而停用。由于動(dòng)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(jié)）。由于高鐵接觸網(wǎng)維護(hù)工區(qū)分布在車站附近且工區(qū)間相距較遠(yuǎn)，故障發(fā)生后，組織搶修人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)、開(kāi)展搶修工作均需要耗費(fèi)一定的時(shí)間。因此，高速鐵路接觸網(wǎng)故障發(fā)生后，一旦處置時(shí)間長(zhǎng)極易發(fā)生社會(huì)事件。中國(guó)鐵路總公司制定的高速鐵路接觸網(wǎng)故障搶修“先行供電”、“先通后復(fù)”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(dòng)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(dòng)車組運(yùn)行速度高、啟動(dòng)加速快，動(dòng)力學(xué)性能好，惰行距離長(zhǎng)。動(dòng)車組優(yōu)異的惰行性能給接觸網(wǎng)故障臨時(shí)搶通設(shè)置無(wú)電區(qū)、降弓區(qū)創(chuàng)造了條件。為掌握高速鐵路動(dòng)車組在不同線路條件下惰行規(guī)律，2014年9月2日，鄭州鐵路局組織在管內(nèi)鄭西高鐵鄭州西站—三門峽南站間開(kāi)展動(dòng)車組惰行性能試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，初步掌握了不同速度、不同坡度條件下動(dòng)車組惰行規(guī)律。結(jié)合管內(nèi)高鐵線路實(shí)際，制定了每個(gè)供電單元（供電臂）惰行方案，對(duì)高速鐵路組織動(dòng)車組惰行實(shí)施接觸網(wǎng)故障快速搶通進(jìn)行了有益的嘗試與實(shí)踐。

1 試驗(yàn)概況

1.1 精選試驗(yàn)范圍

鄭州鐵路局管內(nèi)已開(kāi)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(zhǎng)，坡道數(shù)量多（120處）、坡度大（最大坡度20‰）、隧道多（最長(zhǎng)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(jì)約224 km）為試驗(yàn)區(qū)段。

1.2 做好試驗(yàn)組織

為保證試驗(yàn)安全順利進(jìn)行，在借鑒其他鐵路局惰行性能試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)做好以下工作：

（1）取消鄭西高鐵當(dāng)日維修天窗，創(chuàng)造試驗(yàn)條件。

（2）為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，要求司機(jī)操作除超速或其他安全需要必須采取制動(dòng)措施外，其他情況不得制動(dòng)。

（3）積極與運(yùn)輸、機(jī)務(wù)、車輛、電務(wù)、工務(wù)、調(diào)度等部門溝通，深度了解各專業(yè)對(duì)本次試驗(yàn)的要求，并不斷完善試驗(yàn)方案。

（4）確定采用300S型CRH380AL動(dòng)車組為試驗(yàn)機(jī)型，委托電務(wù)部門提供動(dòng)車組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（5）為消除動(dòng)車組長(zhǎng)時(shí)間惰行存在的安全隱患，須全面調(diào)查試驗(yàn)區(qū)段接觸網(wǎng)電分相位置，確定動(dòng)車組惰行通過(guò)電分相最低運(yùn)行速度（不小于40 km/h），嚴(yán)防試驗(yàn)動(dòng)車組停在分相無(wú)電區(qū)，并制定試驗(yàn)動(dòng)車組停在分相無(wú)電區(qū)的應(yīng)急預(yù)案。要調(diào)查掌握接觸網(wǎng)停電狀態(tài)下動(dòng)車組總風(fēng)風(fēng)壓變化情況及其對(duì)行車安全的影響，確定試驗(yàn)期間動(dòng)車組運(yùn)行允許的最低總風(fēng)風(fēng)壓（不小于620 kPa）。

試驗(yàn)采用300S型CRH380AL動(dòng)車組模擬故障情況下惰行。在接觸網(wǎng)不停電的情況下，斷開(kāi)動(dòng)車組主斷路器、降弓、惰行，模擬接觸網(wǎng)故障停電。參加試驗(yàn)人員共計(jì)30人，基本為空載運(yùn)行。試驗(yàn)期間，動(dòng)車組運(yùn)行允許的總風(fēng)風(fēng)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(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)規(guī)律分析

試驗(yàn)結(jié)束后，電務(wù)部門提供了試驗(yàn)期間動(dòng)車組運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)（運(yùn)行時(shí)刻、公里標(biāo)、速度）；工務(wù)部門提供了試驗(yàn)區(qū)段線路坡度表、沿線風(fēng)速、溫度、濕度等氣象條件。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yùn)行初速度和一定的時(shí)間范圍內(nèi)，每公里速度損失和惰行距離呈線性關(guān)系。

2.2 數(shù)據(jù)匯總列表

供電部門組織人員對(duì)約9 500項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)錄像進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析，得出了上坡、下坡不同坡度以及平坡、隧道在不同運(yùn)行速度條件下惰行數(shù)據(jù)。部分上坡線路具體分析結(jié)果如表1。

2.3 結(jié)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(shù)值為負(fù)數(shù)，即為加速度。

（4）隧道內(nèi)、外每公里速度下降幅度基本一致。故隧道對(duì)動(dòng)車組惰行時(shí)每公里速度下降幅度基本無(wú)影響。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用

3.1 按供電單元停電惰行

該情況適用于接觸網(wǎng)對(duì)整個(gè)供電臂（或供電單元）均不能送電、需要惰行通過(guò)的情況。由于每個(gè)供電單元內(nèi)坡度情況不同，要實(shí)現(xiàn)按供電單元惰行就必須逐一計(jì)算每個(gè)供電單元惰行前初速度。根據(jù)線路坡度詳細(xì)數(shù)據(jù)、每個(gè)接觸網(wǎng)供電單元的起止公里標(biāo)和表1數(shù)據(jù)，考慮動(dòng)車組載客、風(fēng)速影響和車型變化等實(shí)際情況下誤差和一定的安全系數(shù)，反推計(jì)算出鄭州局管內(nèi)的鄭西高鐵、石武高鐵每個(gè)供電單元或供電臂停電時(shí)惰行前最小初速度（出口末速度按30 km/h計(jì)算），見(jiàn)表2。該表可作為高鐵接觸網(wǎng)故障搶修動(dòng)車組惰行時(shí)參考資料使用。

表2 京廣高鐵接觸網(wǎng)故障（停電）動(dòng)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(wǎng)故障，比如幾個(gè)跨距或一個(gè)錨段接觸網(wǎng)故障臨時(shí)搶通后接觸網(wǎng)帶電，但需降弓運(yùn)行情況。顯然該種情況惰行距離較供電單元短得多。在動(dòng)車組高速運(yùn)行條件下一般情況下不成問(wèn)題。若特殊情況動(dòng)車組啟動(dòng)位置距離降弓地段近，根據(jù)諸如表1的惰行規(guī)律，通過(guò)計(jì)算也能反推惰行初速度。

4 存在的問(wèn)題

4.1 動(dòng)車組總風(fēng)風(fēng)壓

動(dòng)車組運(yùn)行中需從接觸網(wǎng)取電維持總風(fēng)風(fēng)壓（標(biāo)準(zhǔn)為不低于600 kPa）。本次試驗(yàn)動(dòng)車組斷開(kāi)主斷路器后確實(shí)存在總風(fēng)風(fēng)壓下降的情況。本次試驗(yàn)惰行開(kāi)始前風(fēng)壓均為800 kPa以上，且動(dòng)車組基本為空載車體，試驗(yàn)人員（含司機(jī)）僅30余人。而實(shí)際運(yùn)營(yíng)動(dòng)車組在惰行中，因車上旅客滿載空氣彈簧用風(fēng)及旅客使用衛(wèi)生間真空集便用風(fēng)，均會(huì)使總風(fēng)風(fēng)壓下降速度比試驗(yàn)要快。故本次試驗(yàn)并不能完全反映出實(shí)際運(yùn)營(yíng)動(dòng)車組總風(fēng)風(fēng)壓的衰減趨勢(shì)及時(shí)間、距離。

4.2 動(dòng)車組蓄電池組電壓

在2014年9月2日澠池南—鄭州西區(qū)段上行試驗(yàn)（第5次試驗(yàn)，一次惰行距離近100 km）中，動(dòng)車組蓄電池組電壓曾跌至87 V，后及時(shí)采取升起動(dòng)車組受電弓、閉合主斷路器進(jìn)行取流的措施對(duì)蓄電池組充電，避免因蓄電池組電壓過(guò)低造成動(dòng)車組不能正常運(yùn)行。經(jīng)分析，這是連續(xù)多次試驗(yàn)長(zhǎng)時(shí)間斷電（僅此區(qū)段就長(zhǎng)達(dá)32 min）、惰行開(kāi)始時(shí)蓄電池組電壓未能充滿所致。因此，在正常情況下，動(dòng)車組一次惰行對(duì)蓄電池組電壓的影響可以忽略。

4.3 運(yùn)行初速度

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

4.4 其他

其他有可能影響動(dòng)車組惰行性能的因素還有動(dòng)車組型號(hào)、風(fēng)速和濕度等。本次試驗(yàn)動(dòng)車組車型為CRH380AL、氣象情況為風(fēng)速2～3級(jí)、空氣濕度20%。

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)際驗(yàn)證情況

2015年4月10日，鄭州鐵路局管內(nèi)京廣高鐵“新鄭東變電所—老劉莊AT所下行”供電單元接觸網(wǎng)故障，鄭州局果斷采取了動(dòng)車組惰行應(yīng)急搶通方案。該次故障共有5趟動(dòng)車組實(shí)行惰行通過(guò)故障供電單元。該供電單元實(shí)際線路長(zhǎng)度12.150 km，經(jīng)查計(jì)算數(shù)據(jù)：惰行前進(jìn)口初速度不小于96 km/h，出口速度為30 km/h。

通過(guò)調(diào)取惰行動(dòng)車組運(yùn)行數(shù)據(jù)并通過(guò)再次反推計(jì)算，結(jié)果表明，實(shí)際運(yùn)行出口速度均大于考慮安全系數(shù)后計(jì)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(shí)際值為232 km/h，計(jì)算值為197 km/h，計(jì)算值低于實(shí)際值。這表明雖然計(jì)算安全系數(shù)偏向保守，但可靠性可以保證。

6 建議

文獻(xiàn)[1]介紹了上海鐵路局組織的3次惰行試驗(yàn)和3次故障搶修動(dòng)車組惰行情況。根據(jù)中國(guó)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(dòng)車組惰行方案，最快速度恢復(fù)了高鐵運(yùn)行，充分證明了采取動(dòng)車組惰行搶通方案的必要性和可行性。這是我國(guó)電氣化鐵路工作者的一項(xiàng)創(chuàng)舉，值得不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并推廣使用。為此，提出幾點(diǎn)建議：

（1）加強(qiáng)理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證。要從理論研究和仿真計(jì)算上加強(qiáng)各型動(dòng)車組惰行性能、啟動(dòng)加速性能研究和仿真計(jì)算，提供理論數(shù)據(jù)支持。新型動(dòng)車組上線試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行模擬載客惰行性能試驗(yàn)。

（2）加強(qiáng)運(yùn)用安全不間斷監(jiān)控。動(dòng)車組惰行期間，動(dòng)車組司機(jī)和隨車機(jī)械師應(yīng)密切監(jiān)控動(dòng)車組總風(fēng)風(fēng)壓、蓄電池組電壓的變化情況，確保動(dòng)車組安全運(yùn)行。

（3）加強(qiáng)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(kāi)展普通客車、貨車惰行試驗(yàn)，為普速鐵路接觸網(wǎng)故障搶修普速列車惰行提供可靠依據(jù)。

[1] 高速鐵路接觸網(wǎng)故障搶修規(guī)則.鐵總運(yùn)[2014] 53號(hào)文件.

[2] 趙朝蓬，胡志洪. 高鐵動(dòng)車組長(zhǎng)距離降弓通過(guò)方案的研究與實(shí)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(jí)工程師，電話：13613820559；茹慶文.鄭州鐵路局鄭州供電段，助理工程師。