高铁动车组惰行试验与应用实践

张宝奇，茹庆文

高铁动车组惰行试验与应用实践

张宝奇，茹庆文

动车组具有优异的惰行性能，给接触网故障临时抢通设置无电区、降弓区创造了条件。通过组织动车组惰行试验和对试验数据统计分析，初步掌握了不同速度、不同坡度条件下动车组惰行规律。结合高铁线路实际，制定每个供电单元（供电臂）惰行方案，对高速铁路利用动车组惰行实施接触网故障快速抢通进行了有益的尝试与实践。

接触网；动车组；惰行试验；抢修

0 引言

保持高速运行的动车组安全不间断供电是高速铁路接触网运营维护单位的根本任务。一方面，高速铁路接触网一旦较长时间故障及动车组停运，就会造成大量旅客在车站积压。另一方面，接触网故障停电后，动车组空调换气设备同时失去电能供应而停用。由于动车组密闭性能好，一般情况下3～4 h后乘客将闷热烦躁（尤其是酷暑季节）。由于高铁接触网维护工区分布在车站附近且工区间相距较远，故障发生后，组织抢修人员赶赴现场、开展抢修工作均需要耗费一定的时间。因此，高速铁路接触网故障发生后，一旦处置时间长极易发生社会事件。中国铁路总公司制定的高速铁路接触网故障抢修“先行供电”、“先通后复”和“先通一线”的基本原则，其目的就是要以最快的速度满足滞留动车组列车的供电条件，尽快疏通线路。

高速铁路线路平顺性好，动车组运行速度高、启动加速快，动力学性能好，惰行距离长。动车组优异的惰行性能给接触网故障临时抢通设置无电区、降弓区创造了条件。为掌握高速铁路动车组在不同线路条件下惰行规律，2014年9月2日，郑州铁路局组织在管内郑西高铁郑州西站—三门峡南站间开展动车组惰行性能试验。通过对试验数据统计分析，初步掌握了不同速度、不同坡度条件下动车组惰行规律。结合管内高铁线路实际，制定了每个供电单元（供电臂）惰行方案，对高速铁路组织动车组惰行实施接触网故障快速抢通进行了有益的尝试与实践。

1 试验概况

1.1 精选试验范围

郑州铁路局管内已开通郑西、京广高铁，其中郑西高铁郑州西站—三门峡南站间线路长，坡道数量多（120处）、坡度大（最大坡度20‰）、隧道多（最长隧道8.489 km）。因此，确定郑西高铁郑州西站—三门峡南站间（K591+850-K815+471，共计约224 km）为试验区段。

1.2 做好试验组织

为保证试验安全顺利进行，在借鉴其他铁路局惰行性能试验经验的基础上，重点做好以下工作：

（1）取消郑西高铁当日维修天窗，创造试验条件。

（2）为保证试验数据的真实可靠，要求司机操作除超速或其他安全需要必须采取制动措施外，其他情况不得制动。

（3）积极与运输、机务、车辆、电务、工务、调度等部门沟通，深度了解各专业对本次试验的要求，并不断完善试验方案。

（4）确定采用300S型CRH380AL动车组为试验机型，委托电务部门提供动车组的运行数据。

（5）为消除动车组长时间惰行存在的安全隐患，须全面调查试验区段接触网电分相位置，确定动车组惰行通过电分相最低运行速度（不小于40 km/h），严防试验动车组停在分相无电区，并制定试验动车组停在分相无电区的应急预案。要调查掌握接触网停电状态下动车组总风风压变化情况及其对行车安全的影响，确定试验期间动车组运行允许的最低总风风压（不小于620 kPa）。

试验采用300S型CRH380AL动车组模拟故障情况下惰行。在接触网不停电的情况下，断开动车组主断路器、降弓、惰行，模拟接触网故障停电。参加试验人员共计30人，基本为空载运行。试验期间，动车组运行允许的总风风压安全最小值为620 kPa和安全极限值为580 kPa，蓄电池组电压安全最小值为87 V。

2 试验数据分析

2.1 数据规律分析

试验结束后，电务部门提供了试验期间动车组运行记录数据（运行时刻、公里标、速度）；工务部门提供了试验区段线路坡度表、沿线风速、温度、湿度等气象条件。利用试验数据描绘出了不同坡度、速度下惰行距离曲线。上坡情况下速度-惰行距离曲线如图1所示。

图1 上坡情况下速度-惰行距离曲线图

从图1可以看出，在一定的运行初速度和一定的时间范围内，每公里速度损失和惰行距离呈线性关系。

2.2 数据汇总列表

供电部门组织人员对约9 500项试验数据、试验录像进行了详细对比分析，得出了上坡、下坡不同坡度以及平坡、隧道在不同运行速度条件下惰行数据。部分上坡线路具体分析结果如表1。

2.3 结论

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

（2）平坡即坡度为0‰情况下，每公里速度损失一般小于4 km/h。

（3）下坡坡度小于4‰，每公里速度损失一般为4 km/h；坡度大于12‰，每公里速度损失数值为负数，即为加速度。

（4）隧道内、外每公里速度下降幅度基本一致。故隧道对动车组惰行时每公里速度下降幅度基本无影响。

3 试验数据运用

3.1 按供电单元停电惰行

该情况适用于接触网对整个供电臂（或供电单元）均不能送电、需要惰行通过的情况。由于每个供电单元内坡度情况不同，要实现按供电单元惰行就必须逐一计算每个供电单元惰行前初速度。根据线路坡度详细数据、每个接触网供电单元的起止公里标和表1数据，考虑动车组载客、风速影响和车型变化等实际情况下误差和一定的安全系数，反推计算出郑州局管内的郑西高铁、石武高铁每个供电单元或供电臂停电时惰行前最小初速度（出口末速度按30 km/h计算），见表2。该表可作为高铁接触网故障抢修动车组惰行时参考资料使用。

表2 京广高铁接触网故障（停电）动车组惰行距离参考表（供电臂）

3.2 按具体停电范围惰行

该情况适用于只有小范围接触网故障，比如几个跨距或一个锚段接触网故障临时抢通后接触网带电，但需降弓运行情况。显然该种情况惰行距离较供电单元短得多。在动车组高速运行条件下一般情况下不成问题。若特殊情况动车组启动位置距离降弓地段近，根据诸如表1的惰行规律，通过计算也能反推惰行初速度。

4 存在的问题

4.1 动车组总风风压

动车组运行中需从接触网取电维持总风风压（标准为不低于600 kPa）。本次试验动车组断开主断路器后确实存在总风风压下降的情况。本次试验惰行开始前风压均为800 kPa以上，且动车组基本为空载车体，试验人员（含司机）仅30余人。而实际运营动车组在惰行中，因车上旅客满载空气弹簧用风及旅客使用卫生间真空集便用风，均会使总风风压下降速度比试验要快。故本次试验并不能完全反映出实际运营动车组总风风压的衰减趋势及时间、距离。

4.2 动车组蓄电池组电压

在2014年9月2日渑池南—郑州西区段上行试验（第5次试验，一次惰行距离近100 km）中，动车组蓄电池组电压曾跌至87 V，后及时采取升起动车组受电弓、闭合主断路器进行取流的措施对蓄电池组充电，避免因蓄电池组电压过低造成动车组不能正常运行。经分析，这是连续多次试验长时间断电（仅此区段就长达32 min）、惰行开始时蓄电池组电压未能充满所致。因此，在正常情况下，动车组一次惰行对蓄电池组电压的影响可以忽略。

4.3 运行初速度

显然，动车组初速度越高，惰行距离越长。每次惰行应尽可能提高惰行初速度。由于受启动位置与惰行地段距离长短及线路条件的影响，未计算进入每个供电臂（供电单元）载客动车组准确的进入初速度。但查阅了有关动车组资料，动车组加速度一般约为0.5 m/s2，按物理学匀加速运动的计算公式，可较为准确计算动车组在一定距离范围达到某个速度所需要的距离，即按照动车组启动位置与惰行地段距离，可计算判断动车组能否达到惰行所需初速度。

4.4 其他

其他有可能影响动车组惰行性能的因素还有动车组型号、风速和湿度等。本次试验动车组车型为CRH380AL、气象情况为风速2～3级、空气湿度20%。

5 试验数据实际验证情况

2015年4月10日，郑州铁路局管内京广高铁“新郑东变电所—老刘庄AT所下行”供电单元接触网故障，郑州局果断采取了动车组惰行应急抢通方案。该次故障共有5趟动车组实行惰行通过故障供电单元。该供电单元实际线路长度12.150 km，经查计算数据：惰行前进口初速度不小于96 km/h，出口速度为30 km/h。

通过调取惰行动车组运行数据并通过再次反推计算，结果表明，实际运行出口速度均大于考虑安全系数后计算的速度。如初速度最小的G501次，初速度为263 km/h，出口速度实际值为232 km/h，计算值为197 km/h，计算值低于实际值。这表明虽然计算安全系数偏向保守，但可靠性可以保证。

6 建议

文献[1]介绍了上海铁路局组织的3次惰行试验和3次故障抢修动车组惰行情况。根据中国铁路总公司公布的资料，郑州、武汉等铁路局也已多次在故障抢修中采取了动车组惰行方案，最快速度恢复了高铁运行，充分证明了采取动车组惰行抢通方案的必要性和可行性。这是我国电气化铁路工作者的一项创举，值得不断总结经验并推广使用。为此，提出几点建议：

（1）加强理论研究和试验验证。要从理论研究和仿真计算上加强各型动车组惰行性能、启动加速性能研究和仿真计算，提供理论数据支持。新型动车组上线试验应进行模拟载客惰行性能试验。

（2）加强运用安全不间断监控。动车组惰行期间，动车组司机和随车机械师应密切监控动车组总风风压、蓄电池组电压的变化情况，确保动车组安全运行。

（3）加强普速列车惰行性能研究。为掌握普速铁路列车惰行性能，建议开展普通客车、货车惰行试验，为普速铁路接触网故障抢修普速列车惰行提供可靠依据。

[1] 高速铁路接触网故障抢修规则.铁总运[2014] 53号文件.

[2] 赵朝蓬，胡志洪. 高铁动车组长距离降弓通过方案的研究与实践[J]. 电气化铁道，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

张宝奇.郑州铁路局供电处，高级工程师，电话：13613820559；茹庆文.郑州铁路局郑州供电段，助理工程师。