CRH380B型动车组火灾应急行车方法分析和验证

罗东伟 中国铁路上海局集团有限公司车辆部

因人员密度大、行李物品多，动车组列车在运行过程中，火灾可能发生在不同位置，火灾位置不同，会造成不同设备故障，针对CRH380B型动车组，具体探讨如何通过关闭、隔离因火灾受损的设备使其限速维持运行到合适地点。

1 原理分析

火灾导致某一节车厢（或几节车厢）无高压供电、无列车网络控制信号输入输出、无制动空气压力供给的情况下，动车组列车是否具备继续行车的可能。

1.1 高压供电原理

CRH380B型动车组分有两个牵引单元，两个牵引单元通过车顶隔离开关相连，切除车顶隔离开关后，牵引单元可独立工作，图 1 中 1、2、3、4 车为第一牵引单元，5、6、7、8 车为第二牵引单元,其中 1、8 车为司机室，1、3、6、8 车为动车，其它车为拖车。图2为第二牵引单元高压系统框图。

假定动车组列车升7车受电弓（2车受电弓降下），从图2可以看出接触网电压经7车受电弓（P）受流后走向路径为：主断路器（MCB）-主变压器（MT）-牵引箱（TC）-牵引电动机（M）、辅助变流器等，这是电压在本单元（第二牵引单元）的走向。电压在另一牵引单元走向路径为：车顶高压隔离开关（RLDS）-主变压器（MT）-牵引箱（TC）-牵引电动机（M）、辅助变流器等。根据高压牵引原理，只要两个牵引单元不同时因故障无法贯通高压，动车组是可以切除非故障牵引单元车顶高压隔离开关（隔离故障牵引单元），给非故障牵引单元输出高压确保动车组列车能够继续运行。

图1 CRH380B型动车组平面图

图2 CRH380B型动车组第二个牵引单元高压系统框图

1.2 网络控制原理

CRH380B型动车组设有列车总线（WTB）及车辆总线（MVB）。列车各控制装置间的通信通过由WTB和MVB组成的双级通信网络予以实现。图3中可以看出第一牵引单元配有自己的MVB，整个单元的4节车厢（1-4车）通过MVB贯穿，两个牵引单元又通过网关再经过WTB互相连接，完成信息的传输，即MVB构成车辆级总线，WTB为列车级总线。根据网络控制原理，只要两个单元不同时发生车辆总线（MVB）及列车总线（WTB）故障，动车组可以使用非故障单元车辆总线（MVB）线及列车总线（WTB）传输控制信息。

图3 CRH380B型动车组1-4车网络拓扑图

1.3 供风系统布局原理

总风管(MRP)和列车管(BP)通过车辆之间的软管连接。在1、8车的车端，MRP和BP在自动车钩处断开。MRP、BP管路与自动车钩的连接可通过球旋塞分别断开。

总风管(MRP)和列车管（BP）是全列贯通的，总风管(MRP)给各车厢用风设备供风（包括常用制动风缸、车门、空调、卫生间等）；列车管(BP)是间接制动控制管路，在列车紧急制动时排风，在启用备用制动时用于制动压力调节，从图4可以看出，总风管(MRP)和列车管(BP)均可以通过切断相应阀门，来切除对某一车厢或某一设备的供风。

图4 CRH380B型动车组供风系统结构图

总风管截断位置及制动切除对应表见表1。列车管截断位置及制动切除对应表见表2。

表1 总风管截断位置及制动切除对应表

表2 列车管截断位置及制动切除对应表

1.4 列车紧急模式原理

CRH380B型动车组设置“紧急驱动”模式。“紧急驱动”模式下，车顶隔离开关断开，受电弓升降弓指令、主断路器断合指令通过继电器传递到列车总线（WTB），各车辆总线（MVB）网段的CCU通过列车线接收指令，并通过MVB网络控制升受电弓、合主断路器，减少升受电弓、合主断路器的网络控制逻辑和相关继电器的控制连锁。牵引手柄的牵引指令直接传递到WTB，各MVB网段的CCU通过列车线接收受牵引指令，并通过MVB网络控制本单元牵引变流器执行牵引或不牵引动作。牵引力不进行相关的计算，直接按照最大牵引力执行。制动系统启用备用制动模式，采用备用制动手柄控制列车管压力的方式施加制动，同时切除转向架监控回路、停放制动监控回路。列车可按照最高限速80 km/h运行。

通过以上分析，从理论上来说，当某个车厢（或一个牵引单元内的几个车厢）发生火灾时，CRH380B型动车组是可以通过切除、隔离等方法甩掉故障车厢高压牵引供电、网络控制、供风等功能，实现应急行车。

2 故障设置和应急方法验证

假设动车组列车运行时，8车为主控端司机室，某一车厢（2车）发生严重火灾导致车厢高压牵引供电、车辆总线（MVB）、列车总线（WTB）、110 V 直流供电母线（给控制系统及蓄电池供电）、440 V交流母线（给辅助系统供电，用于车载用电设备）断路，总风管和列车管空气大量泄漏。

2.1 故障设置（模拟火灾导致相关设备故障现象）

（1）设置2车直流母线断开：通过断开1车和2车32-F01、32-F02、32-F05、32-F06、32-F07 空气开关来模拟火灾导致2车无高压牵引供电，2车受电弓无法升起；

（2）设置2车MVB网线断开：通过断开2车24-T21-X1、24-T21-X2、24-T21-X3、24-T21-X4 插头来模拟火灾导致MVB网线断开，2车所在单元无法传输控制信号；

（3）设置2车WTB网络断开：断开1车中央控制单元（CCU2）的WTB连接器（22-A02.C003-X7和 22-A02.C003-X9）插头，模拟WTB网络断开；

（4）设置2车总风管供风干路断开：通过在2车制动控制单元（BCU）中将[B06.03蝶形阀]打到斜 45°（B06.03蝶形阀是用于折断间接制动的控制阀）来模拟火灾导致2车总风管泄露，全列总风管空气压力过低；

（5）设置2车列车管供风干路断开：通过打开2车列车管供风塞门来断开列车管供风，该设置模拟火灾导致1车列车管路泄露，列车管空气压力过低。

2.2 处置验证

（1）第一步截断交流母线：断开4车31-F04空气开关,该步作用是切断故障所在的第一牵引单元（1～4车）与第二牵引单元（5～8车）中压连接，确保第二牵引单元母线及辅助变流器不受故障影响；

（2）第二步截断总风管：关闭3车Z17/2阀，确认排风声变小直到完全消失，该步作用是截断2车与3车之间的总风管，确保3～8车总风不泄露；

（3）第三步截断列车管：关闭3车Z13/2阀，确认排风声变小直到完全消失，该步作用是切断2车与3车之间的列车管，确保3～8车列车管压力不受故障影响；

（4）第四步切除制动：切除1车和2车的空气制动，切除2车的停放制动，该步是缓解1、2车的制动状态，避免制动夹钳处于抱闸状态；

（5）第五步隔离7车车顶高压隔离开关：在车载信息监控装置（HMI监控屏）上切除7车车顶高压隔离开关，确保升7车受电弓时，高压不会输入第一牵引单元；

（6）第六步在8车司机室占用并启用紧急模式行车，并将“紧急情况切除回路”开关打到关位，将“紧急制动回路”开关打到关位（由于此时1车的110 V直流供电母线断开，紧急制动环路无法建立，通过切除“紧急制动阀”或“紧急制动回路”可以旁路紧急制动，但切除“紧急制动阀”后，ATP制动测试无法通过，因此在应急处置中需关闭“紧急制动回路”），通过8车司机室ATP控制行车，使用非故障端牵引单元（第二牵引单元）应急行车，需要制动停车时使用剩余车厢（3～8车）备用制动功能，限速80 km/h运行。

2.3 处置效果

图5 应急处置后列车状态信息(来源于车载信息监控装置HMI)

通过以上处置，第一牵引单元受电弓、主断路器、牵引变流器及第一、二牵引单元车顶隔离开关和辅助供电单元均不能正常工作，仅剩余第二牵引单元的高压牵引设备正常工作，可继续给动车组第二牵引单元提供高压，驱动6、8车牵引电机运转给动车组提供动力。从图5中可以看出动车组设备状态。

经实车验证，顺利实现在火灾导致动车组列车严重综合故障情况下，通过应急处置，利用紧急模式行车。此方法适用于1、2、3或6、7、8车严重火灾的应急处置，如4或5车严重火灾，除切除本牵引单元制动功能外，还需切除相邻车的制动和非故障牵引单元侧司机室的列车管截断阀（Z13/2阀），实现保留3个车厢的动力和制动应急行车。

3 结束语

（1）通过CRH380B型动车组发生火灾导致上述故障发生时应急行车方法的分析和验证，说明CRH380B型动车组在火灾造成部分设备受损后，均能通过相关功能进行快速处置并保证应急行车，实现高速铁路动车组列车火灾的有效应急处置，减少火灾导致的生命财产损失。

（2）在分析和验证中，也发现火灾导致动车组个别设备严重受损时，不具备应急行车的条件，主要有以下几类情况：

①车体强度严重受损。车体底架有明显变形、底架边梁已被破坏，无法确保安全运行。

②高压系统严重受损。在正常模式和紧急模式下中央控制单元（CCU）无法控制高压设备（受电弓、主断路器）正常工作，换操纵端在另一司机室仍然无法工作。

③网络系统严重受损。动车组两个司机室的中央控制单元（CCU）和车载信息监控装置（HMI）均无法正常工作，司机室无法进行控制。如动车组列车总线（WTB）网络故障，且DC110 V发生过断电。