铁路JJC接触网检修作业平台问题分析

□ 王荣新

中国铁路昆明局集团有限公司玉溪供电段安全科 昆明 650100

1 JJC型接触网检修列车概述

接触网作业车是电气化铁路接触网设备检修的专用工程车辆,用于运送铁路供电专业检修人员和料具,为供电专业检修人员开展高空接触网设备检修作业提供作业平台。作业平台是接触网设备检修作业现场必备的专用机具。近年来,随着铁路供电设备状态检测、集中检修管理模式的实施,以及铁路供电装备现代化的持续推进,作业平台的设备质量和性能得到了大幅提升,结构已从传统的单机单平台型式发展为单机多平台、多机多平台等型式。JJC接触网检修作业平台是JJC型接触网检修列车专用的多机多平台型式。

JJC型接触网检修列车是2017年研发的专为适应高速铁路接触网设备集中检修生产的新车型,能为中修现场提供生产、食宿、办公条件,现已成为高速铁路接触网设备检修的主要作业机具。全国铁路各供电设备管理单位均配置有JJC型接触网检修列车,当前在用的JJC型接触网检修列车已达到75列。JJC型接触网检修列车的基本结构包括具备运输功能的JJC车列和具备作业机具功能的JJC接触网检修作业平台两部分,如图1所示。JJC车列由12辆不同用途的单车按固定顺序编组成列车,依次为01号牵引车、02号材料车、03号设备预配及安全用具车、04号工具车、05号炊事车、06号餐车、07号会议车、08号至10号宿营车、11号办公车、12号牵引车。头尾的01号、12号车自带动力,实现双向牵引。中间的02号车至11号车共十辆车不带动力。JJC接触网检修作业平台共由十个独立平台组合而成,每个独立平台长17 m,宽1.75 m,分别安装在02号车至11号车的顶部。各独立平台结构基本一致,由剪叉升降机构、走台、栏杆升降机构组成。剪叉升降机构、栏杆升降机构由液压系统驱动上升或下降,液压系统的液压泵由效率较高的三相交流电机驱动,三相交流电机由两套车载柴油机组供电。各平台的液压系统由可编程序控制自动化系统进行统一、集中控制,实现各独立平台整体协同联动。作业时,全部十个独立平台同步升起后组合成一个长170 m、宽1.75 m的整体贯通作业平台。

图1 JJC型接触网检修列车

2 JJC接触网检修作业平台概述

JJC接触网检修作业平台2012年开始设计,生产时按代码为4880的特种设备升降作业平台进行审批、监造,2017年开始装车使用。2014年国家特种设备法规变化,原特种设备代码为4880的升降作业平台不再纳入特种设备管理。2017年使用后,特种设备专业管理部门不再对JJC接触网检修作业平台进行监管,当前铁路供电设备管理单位按常规接触网作业车工作平台进行管理。与常规接触网作业车工作平台不同,JJC接触网检修作业平台全长170 m,需要专用的整备场地,液压系统的控制系统结构复杂、技术先进,使用时需要车载发电机组供电,并且需要平台上的多名人员与车内人员、两端司机协同配合进行操作,平台操作流程烦琐,连锁环节较多,这些对质量、安全管理提出了较高的要求。当前JJC接触网检修作业平台质量、运用、安全等基础管理工作还处于摸索和逐步完善之中,如何提升JJC接触网检修作业平台安全管理工作,以充分发挥新装备效能,是全国铁路供电设备管理单位在高速铁路接触网设备检修生产中必须面对和亟待解决的现实问题。笔者结合中国铁路昆明局集团有限公司玉溪供电段JJC接触网检修作业平台实际运用情况,对安全管理工作进行分析、探讨。

3 控制系统

JJC接触网检修作业平台有两家厂家生产,分别为顺特平台、马尔科平台。两种平台结构类似,性能参数基本相同,笔者以中国铁路昆明局集团有限公司玉溪供电段使用的马尔科平台为例进行分析。马尔科平台由马尔科液压升降平台(宁波)有限公司生产,以升降作业平台类型的特种设备进行申报审批,2012年10月取得浙江省质量技术监督局第TS 2433166—2016号《中华人民共和国特种设备制造许可证》,按特种设备代码4880升降作业平台进行制造,2017年开始作为JJC型接触网检修列车配套作业平台。

平台的控制系统采用技术已成熟的智能化西门子CPU315-2PN/DP可编程序自动化电气控制系统。这一自动化电气控制系统由两级构成,第一级控制单个独立平台,采用执行器-传感器-接口总线,由一个AC1401网关、一个AC1258电源,通过执行器-传感器-接口总线连接平台上三个AC3201从站、八个AC2457从站,并连接车内四个AC3221从站、两个AC3201从站。各从站连接平台、渡板、栏杆接近开关和光栅等传感器,并连接液压系统电磁阀线圈等执行器,负责对各种输入信号进行采集,向各种执行器提供输出信号。第二级控制全部十个独立平台,采用Profibus总线,由西门子CPU315-2PN/DP可编程序控制器通过Profibus总线连接十个独立平台的AC1401网关、触摸屏,负责对第一级采集到的信号进行处理和控制。

4 栏杆

每车JJC接触网检修作业平台两侧各有四组单独的栏杆,02号、03号、04号、11号车走台四周对角位置处的两组栏杆之间留有一个豁口,豁口处的相邻两个栏杆上有栏杆门。栏杆门关闭时,通过插销锁定在栏杆内部。栏杆门开启时,通过插销锁定后封堵栏杆间的豁口。豁口、梯子连通车内登梯门,构成人员上下平台的通道,全车列共有八个通道。02号车前端、11号车末端栏杆端部各有一根挡杆。相邻两平台地板间有渡板,相邻两平台栏杆间有挂链。平台不使用时处于初始位置,即平台上升高度为0的最低位置,此时平台底部下落到车顶上,栏杆门锁定在栏杆内部,栏杆下降到底,并锁定在两侧走台内,挡杆安放在02号、11号车平台地板固定架内,渡板回收在平台地板下方,并用插销锁定,挂链通过两端的挂环悬挂在栏杆上。

5 使用流程

JJC接触网检修作业平台使用主要流程如下:平台操作人员在车箱内操作触摸屏,解锁、升起全部平台栏杆;作业人员从车内登梯门经梯子、栏杆间的豁口到达平台上;将栏杆门从栏杆上解锁,并旋转180°封堵豁口;放下渡板,搭接在相邻两平台地板上;在相邻平台栏杆上安装挂链,安装02号、11号车端部挡杆;此时挡杆、栏杆、栏杆门、挂链将平台四周围成一个闭合护栏,渡板将各个平台地板连接成一个整体地板,闭合护栏、整体地板组合成一个贯通平台;平台操作人员操作触摸屏,升起贯通平台到设定的高度;作业人员在贯通平台上安全地对电气化铁路高空供电线及供电线正上方的承力索等进行检修;检修作业结束,平台操作人员操作触摸屏,将贯通平台降落到初始位置;拆下02号、11号车挡杆,收回挂链,收回渡板,栏杆门旋转180°,锁定在栏杆内部;平台上作业人员经栏杆豁口、梯子、登梯门进入车内;平台操作人员操作触摸屏,下降平台栏杆,并将栏杆锁定在走台内。

6 问题分析

6.1 管理规章不完备

(1) 质量管理规章欠缺。国家铁路局2018年7月发布、2019年2月实施的TB/T 2180—2018《电气化铁路接触网检修作业车》是接触网作业车随车作业平台配置、设计、生产、检验的源头性国家铁道行业标准,这一标准对单机单平台、单机多平台两种型式作业平台的功能、技术指标、检验方法、检验规则进行了规定,但无2017年开始使用的多机多平台型式相关内容,造成JJC接触网检修作业平台的技术管理、质量管理缺乏源头标准。

(2) 运用管理规章欠缺。中国国家铁路集团有限公司2021年1月发布、2021年5月实施的TG/GW 2109—2021《轨道作业车管理规则》是接触网作业车随车作业平台日常运用管理的顶层技术规章,但关于作业平台操作使用、作业平台完好标准、作业平台年度检查鉴定等只对单机单平台型式进行了规范,无2017年开始使用的多机多平台型式相关内容,造成JJC接触网检修作业平台的日常运用管理缺乏基本规章支撑。

6.2 设计制造有瑕疵

(1) 平台高度不足。JJC接触网检修作业平台作业现场如图2所示。以中国铁路昆明局集团有限公司玉溪供电段管内某200 km/h高速铁路为例,高速铁路上部接触网设备的接触线距轨面6 m,承力索距轨面7.1～7.6 m。平台地板初始位置距轨面高度4.1 m,平台最大上升高度为1.7 m,栏杆高度为1.1 m,由此可计算出平台初始位置栏杆升起后的挡杆高度为平台地板初始位置高度4.1 m与栏杆高度1.1 m之和,即5.2 m。作业中使用平台时,必须先把栏杆升起,安装02号、11号车端部挡杆。栏杆位置检测开关检测到栏杆已升起到位,挡杆位置检测开关检测到挡杆已安装到位后,才能操作平台上升。因端部挡杆限制,平台最高只能上升到端部挡杆与接触线平齐的位置,即平台最高位置时挡杆高度为接触线高度6 m。由此可计算出平台上升高度为接触线高度6 m与平台初始位置栏杆升起后挡杆高度5.2 m之差,即0.8 m,平台地板高度为初始位置高度4.1 m与上升高度0.8 m之和,即4.9 m,平台地板与承力索距离为承力索高度7.1～7.6 m与平台地板高度4.9 m之差,即2.2～2.7 m。作业人员在平台地板上,难以对高于平台地板2.2～2.7 m处的承力索等接触网设备进行检修。

图2 JJC接触网检修作业平台作业现场

(2) 使用中平台动作频繁中断。平台上升或下降动作过程中,控制系统预设相邻两个平台地板高度差在3 cm以内,且全列十个平台地板高度差在10 cm以内,才能保证平台正常动作。否则控制系统中的可编程序控制器启动安全保护,停止平台动作,直至各平台地板的高度差再次符合预设范围,才能再次动作。因各独立平台的液压系统工作中存在一定抖动,全列平台动作中各平台同步联动精准度不高,难以协同完全同步,上升或下降动作过程中各平台地板的高度差不符合预设范围,可编程序控制器频繁启动安全保护,动作频繁卡顿,发生长时间停止动作现象。有时为了实现可编程序控制器再次触发全列平台动作控制功能,需要通过复杂的转换、设置等作业步骤,对部分高度差过大的平台分别单独进行高度调整,极大浪费现场作业时间,降低现场作业效率,甚至影响铁路运输秩序。

6.3 使用错误

(1) 栏杆挂链过长。相邻两个平台端部存在空隙,为了防止栏杆升起后人员从相邻两个平台端部的空隙处坠落,作业中通过在两个平台端部的同侧栏杆间安装挂链进行封堵。作业结束后拆卸挂链,并将挂链悬挂在栏杆上,人员回到车内,再操作栏杆下降、回位。因挂链过长,如果栏杆下降过程中顺栏杆下垂的挂链捋入栏杆与走台之间,阻挡栏杆动作,会造成栏杆变形,栏杆不能复位,导致平台下降动作中断。挂链捋入栏杆与走台间如图3所示。

图3 挂链捋入栏杆与走台间

(2) 栏杆门关闭未锁定到位。栏杆门固定在一组栏杆内部边框上。开启时,栏杆门收回在栏杆内部边框内,通过栏杆门上的锁销插入栏杆内部边框上的插孔,并旋转90°压缩锁定弹簧进入配套定位槽,实现锁定,此时开启人员从车内进入平台的通道。关闭时,栏杆门从开启位置旋转180°,通过栏杆门上的锁销插入相邻一组栏杆内部边框上的插孔,并旋转90°压缩锁定弹簧进入配套定位槽,实现锁定,此时关闭人员从平台进入车内的通道。作业结束后,关闭栏杆门,人员回到车内,操作栏杆下降、回位。如果栏杆门关闭时锁定不到位,栏杆下降过程中抖动,引发栏杆门弹出,与栏杆摇臂抵触,造成栏杆摇臂变形,栏杆不能复位,导致平台下降动作中断。栏杆门锁闭不到位脱出如图4所示。

图4 栏杆门脱出

(3) 交流机组操作错误。交流机组向JJC接触网检修作业平台供电操作如下:总配电柜上工作位置开关置并联供电位,大、小机组控制柜上的紧急停机按钮置闭合位,大、小机组控制柜上直流电源开关置通位,闭合大机组控制器启动按钮,启动大机组运转3 min后,闭合大机组控制器供电按钮、小机组控制器启动按钮,启动小机组运转3 min后,闭合小机组控制器供电按钮,观察小机组已正常供电,表明大、小机组已完成自动同步。此时操作触摸屏,使用平台进行作业。

作业结束平台复位后,关闭交流机组操作如下:总配电柜上工作位置开关置0位,断开大、小机组控制器供电按钮,闭合大、小机组控制器停机按钮,大、小机组各运转30 s后停机,大、小机组控制柜上直流电源开关置断开位,大、小机组控制柜上紧急停机按钮为断开位置。

交流机组使用过程中,机组停机后大、小机组控制柜上直流电源开关未操作至断开位,造成大、小机组蓄电池亏电,影响大、小机组启动。大、小机组停机过程中强行停机,停机运转时间不足30 s,机组冷却时间不足,大、小机组控制器产生报警信息,影响大、小机组正常使用。大、小机组紧急停机按钮使用时机错误,产生失去励磁故障,影响机组正常使用。触摸屏如图5所示。

图5 触摸屏

6.4 维护保养不当

(1) 清洗工作不当损坏从站模块。平台底部有电气箱,用于安装可编程序自动化电气控制系统一级控制执行器-传感器-接口总线的三个AC3201从站,电气箱上部有密封盖进行密封,两侧有电缆穿入。进行车辆顶部清扫、清洗工作时,如果清洗水通过电缆穿孔进入电气箱,进入的积水长时间不能挥发,那么会造成电气箱内AC3201从站模块浸水受潮损坏。某次隧道施工结束,使用高压水枪清洗车顶上的泥砟、粉尘,清洗水流沿电气箱侧部电缆套管进入电气箱后,三块AC3201模块受到积水浸泡,如图6所示。

图6 电气箱积水浸泡

(2) 电气部件无防护造成损坏。平台电气部件包括平台解锁、锁定接近开关,栏杆解锁、锁定接近开关,栏杆上升、下降接近开关,渡板收回、展开接近开关,平台门开启、关闭到位接近开关,平台端部栏杆检测接近开关,平台高度检测传感器,渡板人员检测光栅,登梯口人员检测传感器等。这些开关、传感器采集到平台栏杆、端杆、渡板等安装到位,并且登梯口、相邻平台端部无人员,设备、人员均处于设定的安全状态后,平台才能正常使用。因当前绝大多数使用单位没有专用停车库房,JJC接触网检修作业平台常年停留在户外,受雨水、灰尘、日照侵蚀,部分外露电气部件频繁发生故障,特别是安装在走台上的渡板人员检测光栅,故障率极高。平台无防护如图7所示。

图7 平台无防护

6.5 交流系统失修

JJC接触网检修作业平台按既有接触网作业车工作平台检修规程开展检修,主要的修程修项以1 a为周期,定期对液压系统液压油、滤清器、管路进行过滤、清洗、检查,对机械结构的活动、连接件进行润滑、紧固等。由于接触网作业车检修人员缺少发电、配电等电力专业知识,交流系统方面的部件长期处于失修状态。如大发电机组水冷系统冷却风扇电机ACS510变频器与电机接线端子接触不良的问题未及时检修,在平台使用过程中发生端子烧损脱落故障。端子烧损脱落后,冷却风扇电机缺相,电机停转,冷却风扇停转,机组机体的风冷丧失,温度快速升高,超过机组设定的最高温度而停机,平台因交流电断开而停机。总配电柜二次回路KM7中间继电器故障的问题未及时发现,在平台使用过程中,中间继电器故障控制回路断开,机组供电主回路不能接通,发生机组不能向平台供电的故障。ACS510变频器电机主接线U2端子烧损如图8所示,大机组控制回路KM7中间继电器线圈烧损如图9所示。

图8 ACS510变频器U2端子烧损

图9 KM7中间继电器线圈烧损

6.6 应急管理不完善

JJC接触网检修作业平台正常操作方式以触摸屏集中操作全车列十个平台,除此以外还有三种应急操作方式。液压系统泵站正常、控制系统故障时,以电控柜进行单机平台操作。液压系统泵站故障时,以手摇泵进行单机平台操作。平台升起后液压系统泵站故障时,以应急阀进行单机平台下降操作。

实际使用表明,西门子CPU315-2PN/DP可编程序自动化电气控制系统技术成熟,可靠性较高,自身故障率较低,但检测平台位置、状态的接近开关、传感器等电气部件故障时有发生。生产现场临时发生平台电气部件故障导致正常操作方式失效,因缺乏平台电气部件故障应急处置方法,不能及时处置,不能恢复JJC接触网检修作业平台触摸屏集中操作,通常采用应急操作方式逐一回收单机平台,停止现场作业,造成极大浪费。

7 应对措施与建议

(1) 实施JJC接触网检修作业平台年度鉴定,规范设备源头管理。参照常规接触网作业车工作平台年度鉴定标准,规范JJC接触网检修作业平台年度鉴定主要项目和技术要求,主要内容包括:交流系统各种供电方式供电正常;西门子CPU315-2PN/DP可编程序自动化电气控制系统各种模式控制正常;各单机平台电控柜操作正常;各单机平台手摇泵操作正常;各单机平台应急阀下降操作正常;平台、护栏、渡板、轴箱锁定功能齐全,动作平稳,无爬行,无抖动;平台急停装置作用可靠;安全光栅、登梯口检测传感器防护功能正常;栏杆滑动部件、剪叉机构各关节润滑充分;栏杆门、渡板锁定机构作用可靠稳定;扶梯安装牢固;从站电气箱、电缆拖链和套管状态良好,作用可靠。

铁路供电设备管理单位成立由接触网作业车专业技术人员、电力专业技术人员、JJC接触网检修作业平台操作人员组成的年度鉴定组,对JJC接触网检修作业平台与接触网作业车同步开展年度鉴定,通过规范的鉴定工作及时发现、整治存在的问题,以改变当前控制系统、交流系统长期检查不彻底的惯性问题。

(2) 优化使用方法,防范出厂设计缺陷。针对平台高度不足,作业中使用平台,栏杆升起后,使用金属物体触发02号、11号车端部挡杆位置检测开关,向可编程序自动化电气控制系统提供挡杆安装到位信号,在未安装端部挡杆的情况下操作平台上升,上升最大高度1.7 m后平台地板与待修设备距离为1.3～1.8 m,这个距离能较好满足作业人员需要。针对使用中平台动作频繁中断,按液压系统冲击原理分析,并结合实际测试,中断主要发生在平台高度小范围降低调整过程中,并且平台上升动作相对下降动作时要平稳很多,平台长距离下降动作相对短距离下降动作时要平稳很多。为此,降低平台高度时通过基于初始位置的一次下降、一次上升实现,比如当前平台已上升到1.2 m高度,临时需要调整到0.8 m高度,不直接进行1.2 m高度调整至0.8 m高度的下降操作,而是先进行1.2 m高度调整至0 m高度的下降操作,再进行0 m高度调整至0.8 m高度的上升操作,大大减少中断现象。

(3) 执行现场销记管理,促使关键作业落实到位。完善现场作业组织管理,对交流机组使用、平台使用关键作业项目按流程编制书面提升卡,每个作业项目由专业岗位按执行、确认两个步骤实施,实施后由现场负责人逐项销记,确保关键作业落实到位。

(4) 采取防护措施,推动定期维护工作,提升设备维护质量。JJC接触网检修作业平台通常为阶段性使用,长时间停用后再次使用期间往往故障较多,主要原因均是停用期间防护、维护工作未开展。对此,从两方面进行改进。按平台尺寸制作防护罩,安装在平台上。对平台电气部件进行防水、防晒、防尘防护。通过管理机制推动每季度栏杆滑动部件、剪叉机构各关节给油润滑和平台动作检查工作,解决长时间停用后因防护、维护不到位而故障频发的老问题。

(5) 落实交流系统检修,解决失修问题。在现有接触网作业车工作平台年修规程中,增加交流系统发电机组、总配电柜、电控柜、可编程序自动化电气控制系统的检查、检修范围,由铁路供电设备管理单位技术部门牵头电力、变配电专业人员建立交流系统检修队伍,开展车辆年修时,同步进行JJC接触网检修作业平台交流系统年修工作,依托现有电力、变配电人力资源优势,解决JJC接触网检修作业平台交流系统失修问题。

(6) 开展技术攻关,补强应急处置短板。可编程序自动化电气控制系统安全光栅、接近开关、传感器等平台电气部件故障,造成平台不能动作的问题较多。针对问题开展技术攻关,固化为应急处置方案。安全光栅使用LGS8光栅,故障时拆下接收端的线束,短接+UB针脚与H1针脚,就能和未发生故障时一样,为可编程序自动化电气控制系统提供高电平信号。接近开关、传感器也可通过短接+24 V电源线与输出信号线的方式,提供高电平信号。按照应急处置方案,需要随车存储相关料具,日常进行必要的培训、演练,现场发生故障时快速临时处理,恢复平台使用。

8 结束语

铁路JJC接触网检修作业平台作为当前主流的高速铁路供电检修装备,在全国各铁路局集团公司得到了广泛使用。围绕设备的养、用、修、管,各单位在实际工作中进行了探索和尝试,积累了有益的经验,并立足于现场运用中的实际问题,以问题为导向,研究解决措施。随着这一新装备常态化运用中现场经验的积累,安全管理水平将逐步提升。