CRH5A 型动车组主断自动跳开故障分析

郭 凯

（太原铁路局车辆处，030013，太原//工程师）

CRH5A 型动车组主断自动跳开故障分析

郭 凯

（太原铁路局车辆处，030013，太原//工程师）

针对CRH5A型动车组在特定区间发生主断自动跳开故障问题，分析了故障发生时相关测点的电压和电流，找到了电压异常点，并据此查找出了故障原因。针对性采取了一系列整改措施，调整了列车在该特定区间内的升弓情况，较好地解决了故障。经整改，故障得以排除。

动车组；主断路器；受电弓

近期，太原铁路局配属的CRH5A型重联动车组担当D2004次列车在大西客运专线运行时，在霍州东到灵石东区间多次出现后组动车组6车主断路器自动跳开故障。该故障发生时，均升6车受电弓，且车次一致，时间范围和地点基本相同。该车次动车组同升3车受电弓时，则不会出现主断路器跳开故障。通过对同车型、同地点、同运行方向的D2002次、D2006次、D5332次（与D2004同车底）等车次情况进行调查，未发现主断路器自动跳开故障发生。因此，D2004次动车组出现此类故障为独立现象，需要进行针对性研究，分析故障成因，并判定对应措施予以解决。

1 故障发生的背景

D2004次列车由两列重联的CRH5A型动车组担当，16车主控，同时升前弓（即升14车和6车弓），运行至公里标K417+500 m处附近，与下行CRH2A担当的D5303次列车交汇，如图1所示，此时CRH5A型重联车组后车跳开主断路器。发生故障的位置接近隧道口（K424+225 m至K417+50 m为隧道），接近上坡的坡顶（K422+10 m至K417+110 m为11.38‰上坡，K417+110 m至K415+110 m为8.16‰下坡）。

图1 列车交汇示意图

2 故障发生时各测试点电压、电流波形

如图2所示，在D2004次重联动车组后车主断路器断开之前，重联动车组后车电压已经出现明显的上下波动，且波形在通过零点时产生多个过零点；电流出现波动，当电流波动至幅值超过530 A时，达到主断路器保护阈值，主断路器自动断开。主断路器断开之后，电压出现跌落。但是在故障时，电压含有高次谐波。

如图3所示，重联动车组前车电压、电流波形较为稳定，并没有出现像重联动车组后车一样的幅度较大的波动情况。但是在故障时，电压含有高次谐波。

如图4所示，变电所T线和F线电压稳定，但是在故障时，供电电压含有高次谐波。

图2 故障时重联动车组后车电压、电流波形

图3 故障时重联动车组前车电压、电流波形

图4 故障时变电所T2线、F2线电压波形

通过图2～4采集的电压数据不同步，可排除由于变电所供电导致主断路器自动跳开故障的可能性。也可排除D2004次与CRH2A型动车组担当的D5303次交汇产生电压波动导致主断路器自动跳开故障的可能性。

3 有效值曲线（整体测试情况）

图5和图6中9：46—9：48为故障时段，在此时段内CRH5A型重联动车组担当的D2004次（上行）和CRH2A型动车组担当的D5303次（下行）于公里标K417+500 m处会车，引起重联动车组后车电压明显升高。如图6所示，主断路器自动断开以后，重联动车组后车测得电压有3次较大的跌落情况（有效值低至5～7 kV），3次电压大幅跌落时的具体波形如图7～8所示。

D2004次重联动车组前车电压、电流有效值和变电所T线、F线电压有效值分别如图10和图11所示。

如图10所示，重联动车组前车电压、电流均比较平稳，电压没有出现大幅跌落的情况。如图11所示，变电所供电电压有效值在正常范围内。根据现象分析，D2004次重联动车组后车产生电压大幅跌落的原因为弓网间接触不良导致。

4 结论

图5 重联动车组后车电压电流

根据现场实际监测数据图像，D2004次担当交路经过K424+225 m至K417+050 m处的运行环境（上坡变坡、隧道、会车、满载运行），以及动车组6车受电弓弓臂为闭口方向（受电弓开口与动车组运行方向相反，为顺风向）、接触网馈电线出现波动等综合因素分析，D2004次动车组在该区段运行时出现弓网接触不良现象，使得重联动车组前后组均使用6车受电弓运行时，前组动车组经过该处接触网时由于馈电线较为平稳，受流均匀，不会出现主断路器自动跳开现象，而后组动车组受电弓会由于接触网出现波动造成受流不畅，形成瞬时大电流造成主断路器自动跳开故障。

图6 重联动车组后车电压、电流有效值曲线

图7 主断路器跳开后重联动车组后车电压异常情况a

图8 主断路器跳开后重联动车组后车电压异常情况b

图9 主断路器跳开后重联动车组后车电压异常情况c

图10 主断路器自动跳开时重联动车组前车电压、电流有效值曲线

图11 变电所T线、F线电压有效值曲线

（1）重联动车组升6车弓时，后车主断路器自动断开原因：在D2004次重联动车组后车主断路器自动断开之前，电压出现明显的上下波动，说明出现弓网接触不良现象，且波形在通过零点时产生多个过零点，导致动车组牵引控制模块TCU（牵引控制单元）错误控制交-直-交变换模块，引起电流出现波动，当供电电流波动至幅值超过530 A时，达到动车组保护阈值，造成主断路器自动断开。

（2）重联动车组升6车弓时，前车主断路器正常，后车主断路器跳开原因：在故障时段，D2004次重联动车组后车电压波动幅度较大（如图2、图7、图8、图9所示），而相应的D2004次重联动车组前车电压较稳定（如图3、图10所示）。前组动车组先经过该地段时，接触网处于静态，波动较小，弓网间能可靠接触，平稳受流。前组动车组通过后，受电弓已经和接触网馈电线共同作用，导致后组动车组经过时出现弓网接触不良现象。由于故障地点恰好在隧道口附近，并且为上下坡交汇点，同时有下行CRH2A型动车组担当的D5303次在此会车，加剧了弓网接触不良的现象，导致D2004次重联动车组后组动车组产生电压波动，故D2004次重联动车组前组动车组主断路器正常，重联动车组后组动车组主断路器跳开。

（3）重联动车组升6车受电弓时，后组主断路器跳开，升3车受电弓时，主断路器不跳原因：当16车主控运行时，升重联动车组6车受电弓（6、14车）时，受电弓弓臂为闭口方向（顺风向），顺风向对受电弓存在向下的压力，弓网间易发生接触不良；升重联动车组3车受电弓（3、11车）时，受电弓弓臂为开口方向（受电弓开口与运行方向相同，为逆风向），逆风向对受电弓有向上抬升的压力，与受电弓闭口方向相比，弓网间发生接触不良可能性很小，受电弓弓臂开口方向如图12所示。

图12 受电弓开闭口示意图

两种不同工况下，弓网间的接触力会有区别，故升重联动车组6车受电弓（6、14车）运行时，出现重联动车组后组动车组主断路器跳开，而升重联动车组3车受电弓（3、11车）运行时，主断路器不跳。

（4）同一地点其它车次主断路器不跳原因：CRH5A型重联动车组担当的D2002次重联动车组运行至D2004次发生主断路器自动跳开故障地点时，在霍州东站至灵石东站区间为11.38‰的上坡线路，由于在前方需进灵石东站停车，动车组会提前减速，运行速度较低，弓网间影响较小，动车组不是满功率运行，因此所需电流不大，即使偶然出现弓网接触不良现象，也不会发生主断路器自动跳开故障。而CRH5A型重联动车组担当D2004次交路时，D2004次在前方灵石站不停靠，因此动车组不减速，同时载客量为满载，为满功率运行，动车组从接触网取流值达到最大，且与下行的D5303次动车组存在会车点，出现受电弓接触不良时可能导致瞬间过流，引起主断路器自动保护跳开。

D2006次、D5332次运行环境与D2004次运行环境较为相似，均为不在前方灵石东站停靠，运行至故障地点时，虽然不减速运行，但是由于在该区段不发生会车，不会加剧弓网间接触不良情况，故未发生主断路器自动跳开现象。

5 整改措施

对于D2004次重联动车组在特定的区间、时间和线路等综合因素复杂的运行环境下，出现规律性的后组动车组主断路器自动跳开故障，通过形成原因分析，可以通过采取以下措施保证正常运行。

（1）D2004次经过该区间时使用3车受电弓。为避免升起6车受电弓弓臂开口为顺风状态，导致受电弓承受向下压力，与接触网接触不良，建议通过该区间时改为使用3车受电弓，保证受电弓弓臂开口为逆风状态，保证受电弓与接触网的良好接触，使得受流平稳，避免接触不良导致瞬时过流。

（2）对D2004次动车组通过该区段进行限速。D2004次重联动车组通过霍州东站至灵石东站时，司机可以采取与D2002次经过该区间时同样的速度通过；待经过该区间后，再提速运行，使得D2004次经过该区间时不是满功率取流，可以避免大功率运行时，由于后组动车组受电弓与接触网接触不良造成瞬间过流引起主断路器跳开故障发生。

（3）调整D2004次交路时刻。为满足线路情况，建议调整D2004次与D5303次运行交路，避免在K417+50 m隧道口附近出现交汇，降低在隧道区段会车时可能引起的接触网波动，以避免D2004次动车组出现弓网接触，引起瞬时过流造成主断路器自动跳开现象。

（4）定期调整动车组受电弓静态压力。定期将CRH5A动车组受电弓升弓压力调整为上限值，正常时受电弓压力值为80±15 N·m，为保证升动车组6车受电弓时，降低高速运行时顺风向带来的向下压力影响，在基准升弓压力值的基础上，调整为90 N·m左右的升弓压力，减少升弓压力不够带来的不利因素。

6 整改效果

通过以上措施的落实，经过1个月的监测，3列6组动车组均未在该区段再次发生运营中主断跳开故障。故障产生的原因查找正确，解决措施有效可行，该故障已彻底消除。

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［6］ 太原铁路局.大西客专联调联试工作手册［R］.太原：太原铁路局，2014：163.

Analysis and Research on Automatic Tripping Failures of CRH5A Train Main Circuit Breaker

GUO Kai

According to the problem of main switch automatic tripping on CRH5A train，the voltage and electricity at relevant test points are analyzed,the voltage abnormal point when the fault happens is detected,and the main reason for automatic tripping is confirmed.Then,corresponding measures are taken,such as the adjustment of the pantograph in certain sections.This research helps to solve the tripping problems and eliminate main switch faults.

motortrain unit； main circuit-breaker；pantograph

Author′s address Vehicle Service of Taiyuan Railway Bureau，030013，Taiyuan，China

U266.23+5

10.16037/j.1007-869x.2017.12.026

2017-06-25）