CRH1型动车组自动过分相故障控制措施研究

陈秉航

(中国铁路南昌集团有限公司 福州动车段， 福州 350001)

随着高铁路网不断扩充，动车组列车运行交路更加密集，列车跨等级线路运行更加普遍，因线路固定设备原因及动车组设备原因导致的列车过分相故障多发，文中收集分析福州动车段近5年来CRH1型动车组自动过分相故障数据，通过深入分析，查找故障控制措施。

1 CRH1型动车组自动过分相控制机理

1.1 动车组过分相工作过程

动车组运行牵引供电采用单相工频交流供电方式，为保证电力系统三相供电平衡，接触网采用分相段供电方式，相段间建立分相区实施绝缘间隔。列车在分相区内采用断电惰行方式运行。

动车组通过分相区时，接收到地面(磁钢)位置信号后自动过分相系统根据当时列车速度、位置自动平滑地降低牵引电流、分断主断路器，通过分相区后，自动闭合主断路器、控制牵引电流平滑上升。

1.2 接触网分相区地面定位方式

速度为250 km/h以下线路规定：a=35 m，b=170 m；

速度为250 km/h以上线路规定：a=360 m，b=140 m。

动车组到达G1处收到地面磁钢信号作为过分相的预告信号，此时主断路器断开。通过分相区，列车到达G3处收到磁钢信号作为恢复信号，动车组主断闭合。(图中G2、G4磁钢为备用磁钢，G1、G3号失效时备份使用)

图1 250 km/h以下线路地面感应器埋设参考图

1.3 CRH1型动车组过分相逻辑关系

图2、图3揭示动车组在分相区运行期间列车运行控制系统对自动过分相信号逻辑控制原理。

一是动车组列车到达G1时接收到过分相预告信号，列车TCMS判定列车即将进入分相区并执行列车减载断主断路器操作。如预告信号无法正常接收，列车在经过G2接收强迫信号，强制断开主断路器。

图2 磁钢过分相信号及复位过分相信号互锁图1

图3 磁钢过分相信号及复位过分相信号互锁图2

二是列车惰行通过分相区后，CRH1型动车组检测到网压后结束过分相状态，闭合主断。逻辑控制电路在之后的200 m内或7 s内屏蔽地面设备信号使其不再作为预告信号，列车正常驶离。

2 CRH1型动车组自动过分相故障梳理分析

CRH1型动车组自动过分相故障主要表现形式为动车组过分相时列车主断路器异常闭合或断开，故障严重影响司机正常驾驶，司机发现异常后，因担心带电过分相或高压设备故障，通常选择区间停车处置，对行车秩序影响较大。

通过福州动车段故障梳理分析，CRH1型过分相故障主要划分为5种类型，见图4。

(1)线路固定设备异常引发。约占13%，较为典型的为杭深线新建惠安站下行钢轨剩磁超标，导致通过该区段CRH1型动车组连续发生过分相指示灯亮、主断异常断开问题，查明原因后，施工部门对钢轨进行消磁处理。

(2)动车组自动过分相装置硬件故障引发。约占55.5%，主要表现为信号处理器、信号接受器故障。包括信号处理器接插件作用不良，接收器信号传输线运行中异物击打损坏，信号接收器内部元件击穿等导致自动过分相系统无法正常工作。此类故障动车组信息系统显示器IDU会警示故障信息，动车组司机会得到明确的警示信息和操作提示，并对故障动车组采取手动过分相方式维持运行，待入库后修复。

(3)CRH1型动车组自动过分相控制逻辑与分相区段地面感应器埋设参数不匹配引发。此类故障约占10.2%，原因为动车组自动过分相控制逻辑与线路分相区段地面感应器埋设参数不匹配，动车组以特定速度通过分相区段时TCMS接收并输出错误动作信号，导致动车组主断路器异常动作。此类异常不涉及硬件质量缺陷，完全由软件逻辑判断错误导致，动车组故障诊断系统无法提供诊断帮助和警示提示，隐蔽性较高。

(4)动车组过分相设备不符合标准引发。此类故障约占13.6%，多为动车组过分相接收器高度、过分相感应接收器线圈的电阻值不符合标准，导致自动过分相主机接收到错误信号或者无法接收信号，主断无法正常闭合与断开。

(5)异常信号干扰引发。此类故障约占7.5%，多为过分相主机受到外界谐波干扰，出现信号输出异常，导致主断的异常闭合与断开。

图4 CRH1型动车组自动过分相故障类别分布

3 CRH1型动车组质量原因引发自动过分相典型故障分析

3.1 动车组过分相设备不符合标准引发自动过分相故障

2017年10月CRH1A-1149动车组运营时偶发过分相时主断不能自动断开，列车信息系统未提示任何相关故障。

列车入库后，地勤检修人员对自动过分相设备进行详查并做性能试验，均未发现异常。为查找故障原因，技术人员采集线上运行正常的车组过分相时的监控信号，与故障车组过分相时的监控信号进行对比分析。

图5 自动过分相正常过程

图5显示动车组正常过分相时，信号接收顺序为：预告信号-强迫信号-预告合信号，主断路器在强迫过分相点前已完成断开操作，强迫信号在预告信号正常工作的情况下，并不起作用，主断路器经历一次断-合过程。

图6 故障动车组自动过分相异常过程

图6显示故障动车组过分相时，信号接收顺序为：预告信号-预告合信号-强迫信号-预告合信号，动车组在进入分相区前，主断路器经历一次断-合-断，主断路器工作流程出现错误，动车组接收预告信号断开后，在接收强迫信号前接收到异常预告合信号，主断未在强迫过分相点之前正常断开。

技术分析及功能检查排除线路等固定设备原因及信号处理器故障原因。分析指向动车组信号接收器接收并传送错误信号导致故障发生，但检测接收器技术指标(阻值)正常。

后经调阅近期故障动车组检修记录发现，前期检测动车组过分相接收器高度数值为110 cm(标准值为(110+20 cm))，经现场检测故障动车组过分相接收器高度值为109.8 cm，低于标准值。采取措施将过分相接收器高度调整至120 cm后，该车组在相应区段未出现同类故障。最终判定故障原因为动车组过分相接收器高度不符合要求，导致功能异常。

3.2 CRH1型动车组过分相控制逻辑与分相区段地面感应器埋设参数不匹配引发自动过分相故障

(1)2018年12月CRH1A-1115动车组(湖口站至武汉站区间)过分相后主断异常断开，司机手动闭合后运行正常。故障信号监控表明在该区段列车过分相主断正常闭合后又异常断开的现象共出现3次。

分析列车监控数据，还原列车过分相过程：①列车到达G1点接收预告信号，并断开全列主断路器。②列车运行713 m后，通过分相区后检测到网压信号闭合主断。③网压恢复正常后，列车行驶200 m均未收到过分相信号,重置过分相状态，并脱离信号屏蔽状态。④列车运行89 m后，接到G3恢复信号时，系统误判为下一分相区预告信号，全列主断路器断开。

图7显示了列车进入分相区段后接收信号时的相对位置图。

图7 列车接收信号相对位置图

经分析，该区段3次主断异常断开过程基本一致。结合CRH1型动车组逻辑控制原理分析可知，CRH1型动车组过分相使用预告信号G1定位断开主断路器，在正常过分相过程中G2、G3、G4均仅作为备用信号。列车在通过分相区检测到网压后，TCMS(列车控制系统)自动闭合主断路器驶离分相区，此时G3、G4均被系统屏蔽。(此控制原理区别于其他类型动车组)

由于高铁线路分相区段地面感应器埋设参数改变，G4点到分相区结束端点(网压正常点)距离达到500 m，列车低速通过分相区后满足了CRH1型动车组逻辑电路两个输入条件：一是在7 s内未驶离地面磁钢区域;二是检测到网压后列车运行超过200 m；逻辑电路结束信号屏蔽状态。之后当列车驶过G3恢复信号磁钢，动车组自动过分相系统将其误判为下一个分相区预告信号，指令列车错误断开主断。

(2)2019年元月CRH1A-1140动车组在古田北-南平北区间分相区处主断未断开，手动过分相后正常，且此故障多次出现于运行在此区段的CRH1型动车组。

故障发生后，技术人员添乘并监控到这一种概率较低的故障现象，即列车运行条件恰好满足图7中(3)(4)点位置重合时发生的特殊故障现象。通过逻辑控制原理分析判明了故障原因，即CRH1型动车组在通过前一分相区检测到网压闭合主断后，因同时满足了两个条件：一是在列车有电行驶7 s未驶离地面磁钢区域;二是检测到网压后列车运行达到200 m复位过分相信号时，动车组恰好同时检测到恢复信号。此时逻辑控制电路输出结果是屏蔽所有磁钢信号，致使动车组进入下一分相区段时预告信号和强迫信号被屏蔽，进分相区前主断无法断开。控制原理见图8。

综合以上两件典型故障分析可知CRH1型动车组自动过分相逻辑控制设置方面按照250 km/h线路分相区段地面感应器埋设参数条件设计，当动车组跨等级进入300 km/h等级线路(合福线、武九线)运行时，G1、G2、G3、G4磁钢埋设位置发生变化。动车组列车在特定运行速度条件下通过分相区段时，系统输出异常判断导致列车主断异常动作。

图8 原理分析图

4 CRH1型动车组自动过分相故障控制对策措施

(1)提升固定设备异常故障处置效率。对新建线路、固定设备部件因剩磁超标导致自动过分相系统错误触发，提示进入分相区并分断主断路器的故障。加强动车组运营过程异常信息收集汇总分析，加强列车监控数据分析，判明故障原因，明确故障区间处所，及时向设备管理部门反馈准确信息，提升处置效率。

(2)提升动车组自动过分相系统检修质量和应急处置能力。一是加强动车组运营故障信息分析传递。保证检修人员及时充分共享运营异常信息，确保分析结果和控制措施有效落实至作业层。针对常见信号处理器接插件作用不良，接收器信号传输线运营中异物击打等问题优化作业指导书检查细节和流程，做到早发现早处置，控制设备故障率。二是结合运营经验优化技术标准。针对动车组过分相接收器高度不达标导致的故障问题，认真分析质量管控环节原因。发现虽检修测量数值在标准范围内，但动车组运营后因载客因素、轮对磨耗、运行影响等导致实际参数不达标并最终发生影响运营故障。为此技术部门组织论证优化技术标准，将标准值由现行(110+20) cm调整为(115+15) cm。三是提升随车机械师应急处置能力，对列车信息系统提示警示的过分相系统故障，协助司机确认并采取手动方式过分相，减少故障对行车干扰。

(3)临时性管控措施与源头质量改造相结合，控制CRH1型动车组过分相异常影响。一是梳理CRH1型自动过分相故障高发运行交路和区段，设置安全提示卡进行揭示，提示乘务人员故障现象和区间并明确处置措施，指导司机和随车机械师正确处置降低故障影响。对于分相区段CRH1型动车组主断异常闭合或断开的，结合地面磁钢位置确认属上述因素导致的及时采取手动闭合主断或手动过分相措施，避免影响行车秩序。二是研讨优化CRH1型动车组自动过分相控制参数。对因CRH1型动车组控制逻辑无法完全兼容300 km/h高铁线路过分相的问题，经与主机厂研讨决定采取优化软件信号屏蔽距离的方法解决，即将目前CRH1型动车组过分相区闭合主断后屏蔽地面信号距离由200 m延长至800 m。2019年下半年对运营列车进行升级改造，从源头解决类似故障发生。

5 结束语

通过对近年来CRH1型动车组自动过分相故障进行梳理分析，对动车组质量引起的过分相故障深入分析，提出CRH1型动车组自动过分相故障控制对策措施。运营控制措施采取后，有效减少了CRH1型动车组分相区段异常停车事件的发生。随着动车组控制参数的优化，将在源头质量方面防止故障的发生，提升列车运营安全管理水平。