基于動(dòng)車組3C 裝置檢測(cè)信息的非工作受電弓異常升弓狀態(tài)分析*

楊志鵬，趙 雋，張文軒，蘇 鵬，王 斌

（1 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081；2 中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心，北京 100081；3 中國鐵路昆明局集團(tuán)有限公司 工電部，昆明 650114）

1 檢測(cè)原理及數(shù)據(jù)來源

動(dòng)車組3C 裝置主要由車頂測(cè)量模塊、車內(nèi)數(shù)據(jù)處理模塊和無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)冉M成，在地面設(shè)置地面數(shù)據(jù)接收分析終端進(jìn)行數(shù)據(jù)集中接收分析處理。典型3C 裝置車頂測(cè)量模塊如圖1 所示。

圖1 動(dòng)車組3C 裝置車頂測(cè)量模塊

動(dòng)車組3C 裝置采用了立體視覺測(cè)量、圖像識(shí)別、紅外測(cè)溫等測(cè)量技術(shù)，并運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)分析等前沿技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，保障了檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。典型3C 裝置預(yù)警數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 動(dòng)車組3C 裝置典型預(yù)警數(shù)據(jù)

自2015 年，原中國鐵路總公司組織供電專業(yè)裝備現(xiàn)代化專項(xiàng)工作以來，已經(jīng)建設(shè)覆蓋全國鐵路18 個(gè)鐵路局集團(tuán)公司共計(jì)203 套動(dòng)車組3C 裝置，動(dòng)車組3C 裝置的運(yùn)用積累了海量的檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為設(shè)備維修管理單位更加全面的掌握接觸網(wǎng)狀態(tài)提供了幫助，提高了接觸網(wǎng)設(shè)備維修的針對(duì)性。

文中聚焦受電弓異常升降弓信息，對(duì)累積2 年的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢整理，共計(jì)整理900 余條預(yù)警數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息包括安裝車輛編號(hào)、發(fā)生時(shí)間、受電弓編號(hào)、運(yùn)行速度、發(fā)生位置等內(nèi)容。

2 異常升降弓數(shù)據(jù)分析

受電弓是從接觸網(wǎng)獲取電能傳輸至動(dòng)車組牽引變流系統(tǒng)的重要部件，在運(yùn)行過程中要保證狀態(tài)穩(wěn)定。目前，我國擁有CRH 和諧號(hào)和CR 復(fù)興號(hào)2 個(gè) 系 列 的 動(dòng) 車 組 平 臺(tái)［2］，8 編 組 動(dòng) 車 組 有2 架 受電弓，運(yùn)行中升起1 架受流工作；16 編組動(dòng)車組有4 架受電弓，運(yùn)行中升起2 架受流工作。按照動(dòng)車組操作規(guī)程，運(yùn)行中除遇到異物打弓、弓網(wǎng)故障等特殊情況，不進(jìn)行受電弓更換。根據(jù)上述運(yùn)用管理特點(diǎn)，對(duì)3C 裝置記錄的900 余條異常升降弓數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多角度分析如下：

2.1 運(yùn)行速度特征

根據(jù)動(dòng)車組運(yùn)用相關(guān)規(guī)定“動(dòng)車組列車在運(yùn)行途中，因不明確原因需要更換受電弓運(yùn)行時(shí)，司機(jī)應(yīng)減速至200 km/h 以下更換”［3］，因 此 可以對(duì)發(fā)生異常升降弓時(shí)的速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷是人工操作因素或其他因素。速度統(tǒng)計(jì)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(fā)生在275～300 km/h 速度區(qū)段占比高，約為50%，不符合動(dòng)車組運(yùn)用要求，可判斷為異常狀態(tài)；異常升降弓情況發(fā)生在160 km/h 以下速度區(qū)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(dòng)車組3C 裝置安裝了203輛，平臺(tái)覆蓋了14 個(gè)車型。為分析受電弓異常升降的情況，對(duì)發(fā)生的車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)為了減少偶然因素，僅對(duì)發(fā)生次數(shù)大于10 次的車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（合計(jì)541 次），如圖4 所示。

濕陷性黃土地質(zhì)、液化地質(zhì)、軟土等不良地質(zhì)對(duì)管道埋深也有一定影響。但是，以往的設(shè)計(jì)工作者由于地質(zhì)條件和水文資料不好把握，所以在設(shè)計(jì)時(shí)一般都忽略這些因素，這也是今后設(shè)計(jì)和施工單位需密切關(guān)注的一個(gè)工作重點(diǎn)。

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(dòng)車組的數(shù)據(jù)較為集中，為464 次，同時(shí)通過核對(duì)基礎(chǔ)資料及圖像信息，確認(rèn)該車型發(fā)生異常降弓的受電弓均為DSA380 型。其中編號(hào)為CRH380A-***1 動(dòng)車組的受電弓異常升降弓信息數(shù)量最為集中，達(dá)到312 次。

根據(jù)動(dòng)車組運(yùn)用相關(guān)規(guī)定，已知?jiǎng)榆嚱M高速運(yùn)行中不進(jìn)行受電弓切換，通過查看3C 裝置全部圖像數(shù)據(jù)，確認(rèn)CRH380A-***1 上述312 次均為運(yùn)行中的非工作受電弓。

2.3 發(fā)生位置特征

對(duì)CRH380A-***1 的312 次非工作受電弓異常升弓數(shù)據(jù)信息的發(fā)生位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在隧道內(nèi)為252 次，其余60 次位于隧道出入口。再次對(duì)CRH380A-***1 的312 次數(shù)據(jù)信息的速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)大于275 km/h 的速度為307 次，其余速度零散分布。該動(dòng)車組受電弓在隧道內(nèi)典型異常升降弓過程為進(jìn)入隧道一段距離后非工作受電弓升起，與接觸線觸碰運(yùn)行一段距離，此時(shí)動(dòng)車組2 架受電弓升起；出隧道前非工作受電弓落下，恢復(fù)正常一架受電弓運(yùn)行。且在不同隧道內(nèi)存在升降弓反復(fù)過程，典型的升降弓過程連續(xù)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(shù)據(jù)分析，可以總結(jié)如下：CRH380 A-***1 動(dòng)車組采用DSA380 型受電弓，運(yùn)行速度大于275 km/h 時(shí)，在隧道或出入隧道口附近，容易發(fā)生非工作受電弓異常升弓情況。

2.4 安全性分析

當(dāng)非工作受電弓異常升弓發(fā)生時(shí)，2 架受電弓同時(shí)升起，不利于受電弓—接觸網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行，存在如下安全隱患：

（1）如遇到電分相、絕緣關(guān)節(jié)等接觸網(wǎng)特殊位置時(shí)，雙弓同時(shí)升起狀態(tài)下容易發(fā)生短路跳閘等故障，影響牽引供電系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)車組正常運(yùn)行。

（2）非工作受電弓異常升起是因隧道內(nèi)空氣動(dòng)力作用，無穩(wěn)定升弓作用力，升弓狀態(tài)不穩(wěn)定，同時(shí)工作受電弓會(huì)引起接觸線振動(dòng)，抖動(dòng)的接觸線會(huì)擊打非工作受電弓滑板，不利于安全運(yùn)行。

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

3 受電弓測(cè)試與調(diào)整

針對(duì)上述問題，供電專業(yè)與車輛專業(yè)及時(shí)啟動(dòng)了輛供聯(lián)控機(jī)制，共享數(shù)據(jù)信息，利用動(dòng)車組檢修時(shí)間，進(jìn)行受電弓檢查。

3.1 落弓保持力測(cè)試

根據(jù)《GB∕T 21561.1-2018 軌道交通 機(jī)車車輛受電弓特性和試驗(yàn)第1 部分：干線機(jī)車車輛受電弓》［4］中對(duì)落弓保持力定義為“保持整個(gè)受電弓在落弓位置時(shí)弓頭所受的垂直方向的力”，對(duì)該項(xiàng)目的要求為“落弓保持力可以由用戶和制造商協(xié)商確定?！?/p>

采用彈簧秤提拉CRH380A-***1 動(dòng)車組4 車、6 車受電弓，測(cè)量的落弓保持力為240 N 左右，與該型受電弓型式試驗(yàn)及出廠檢驗(yàn)的數(shù)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(dòng)車組受電弓主要采用氣囊式［6］。經(jīng)動(dòng)車所內(nèi)升降弓檢修測(cè)試，受電弓升弓、降弓時(shí)間正常，2 架受電弓升弓靜態(tài)接觸力分別為75、72 N，ADD 自動(dòng)降弓功能均正常，氣路接頭無漏氣現(xiàn)象。

3.3 受電弓安裝狀態(tài)

參考發(fā)明專利“高速受電弓防止飄弓的調(diào)整方 法”（申 請(qǐng) 公 布 號(hào)CN110315984A）［7］公 開 資 料，核對(duì)受電弓落弓狀態(tài)下的水平度，可通過調(diào)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(jīng)動(dòng)車段檢修人員調(diào)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(diào)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(diào)整后該車正常運(yùn)行已30 余天，沒有再發(fā)生異常升降弓問題，表明該調(diào)整方案合理有效。

4 小 結(jié)

通過動(dòng)車組3C 裝置海量檢測(cè)監(jiān)測(cè)信息分析，聚焦受電弓異常升降弓信息，通過運(yùn)行速度、安裝車型、發(fā)生位置等多維度信息分析，針對(duì)某一CHR380A 型動(dòng)車組安裝的DSA380 型受電弓運(yùn)行中的非工作受電弓異常升弓現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)合動(dòng)車組檢修進(jìn)行了檢查維護(hù)，調(diào)整受電弓安裝狀態(tài)后，未發(fā)生受電弓異常升降弓現(xiàn)象。建議供電、車輛專業(yè)在日后工作中應(yīng)深入分析各類檢測(cè)監(jiān)測(cè)信息，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)。