高速动车组电制动失效分析及改进措施印少斌

高速动车组电制动失效分析及改进措施印少斌

印少斌

中国铁路北京局集团有限公司北京动车段北京102600

摘要：随着铁路“引进技术-消化吸收-再创新”战略的实施,我国高速动车组制动技术达到了国际先进水平,CRH系列动车组分别采用了德国克诺尔公司和日本纳博特斯科公司的制动系统,使我国微机控制直通电空制动技术、大功率盘形基础制动技术得到显著提升。我国动车组制动技术的自主研发取得突破,自主研制的动车组制动系统和关键部件已在标准动车组和部分既有动车组上投入运营或运用考核。

关键词：高速动车组；电制动失效；改进措施

高速动车组的电制动系统通常在接触网网压29kV以下、列车速度10～200km/h的工况下工作。在电分相区段,高速动车组依靠制动电阻器消耗牵引电机产生的能量进行电制动(只有在速度高于35km/h且需要电制动时可用,一旦激活可以在10km/h时应用)。电阻制动器每列车安装5个,分别安装在1号、2号、4号、7号、8号车的车顶上。电制动能够有效降低高速动车组的空气制动闸片磨耗量,并延长闸片的使用寿命。经现场测量发现,电制动失效时,高速动车组动轴制动闸片最高温度超过600℃,而长时间的高温环境容易造成车下相关设备的损坏。本文通过对铁路兰新线高速动车组电制动失效的分析,确定故障原因,制定有效的改进措施以降低电制动失效对车辆产生的影响。

1我国高速动车组制动系统技术现状

国内批量运用的CRH系列高速动车组均采用微机控制直通电空制动控制技术和大功率盘形基础制动技术,制动技术主要来源于德国克诺尔公司和日本纳博特斯科公司。其中,CRH1/3/5、CRH380B/C/D型动车组制动系统以及CRH2C(二阶段)、CRH380A型动车组的基础制动装置采用克诺尔公司的技术,CRH2A/B/C(一阶段)和CRH380A型动车组的制动控制系统采用纳博特斯科公司的技术,CRH2A/B/C(一阶段)型的基础制动装置采用日本萱场公司(KYB)和FINE-SINTER公司的技术。

CRH系列动车组制动系统主要由制动控制系统、基础制动装置、风源系统及辅助设备等组成,具有常用制动、紧急制动、快速制动、停放制动等功能。制动控制采用微机控制直通电空制动系统,基础制动采用盘形基础制动装置,大部分风源系统采用螺杆式空气压缩机、双塔吸附式干燥器或膜式干燥器,少量采用活塞式空气压缩机。另外,CRH3/5、CRH380B/C型动车组还装有备用自动空气制动装置,CRH3/5以及CRH380B/C/D型动车组装有撒砂装置,CRH2系列和CRH380A型动车组装有踏面清扫装置。

在制动控制方面,CRH2系列和CRH380A型动车组按1动1拖或2动1拖为单元进行制动力管理,CRH1/3/5、CRH380B/C/D型动车组按整列车进行制动力管理。常用制动时采用动力制动(再生制动)和空气制动(或空气-液压制动)的复合制动方式,优先使用动力制动,当动力制动力不能满足制动力需求时,空气制动力自动补偿,制动过程中制动力能根据理论黏着力要求和车辆载荷变化自动调整,具有冲动限制功能;紧急制动时根据速度-黏着变化进行制动力分级控制,采用克诺尔制动技术的制动系统设有空重车调整阀,能够根据车辆载荷变化自动调整制动缸压力,采用纳博特斯科制动技术的制动系统通过减压阀调整制动缸压力。

在防滑控制方面,采用克诺尔公司制动系统的动车组,空气制动和电制动的防滑控制分别由空气制动系统和牵引系统完成,采用纳博特斯科制动系统的动车组,牵引系统不进行防滑控制,只有空气制动系统进行防滑控制。防滑系统针对充分利用黏着和如何进行超低黏着条件下的防滑控制采取了相应的技术措施。

基础制动和风源系统,除CRH2A/B/C(一阶段)型动车组采用液压基础制动装置和活塞式空压机外,其余动车组均采用空气盘形基础制动装置和螺杆式空压机。

根据运用过程中暴露出的问题,我国CRH系列动车组制动技术也在不断改进完善,制动控制和防滑控制软件进行了多次升级。CRH2系列和CRH380A型动车组全部加装撒砂装置,制动系统在制动和防滑性能、故障诊断、黏着利用等方面的技术水平取得了长足进步。

2网压采集原理

2.1网压/网流检测装置

高速动车组通过集成仪表箱或集成检测装置采集接触网网压和网流,即通过电路将网压转换为7路模拟信号输出至5辆动车牵引控制单元(TCU)和本地牵引控制模块(CLT),将网流转换为2路模拟信号输出至CLT。

2.2网压信号采集

TCU采集3号或6号车网压/网流检测装置发送的网压信号,用于TCU内部逻辑运算。

CLT采集3号或6号车网压/网流检测装置发送的网压和网流信号,用于列车网络控制系统(TCMS)内部逻辑运算。由于TCMS采集网压信号时经过多次数据转换,故通过TCMS监控到的网压值与CLT设备和TCU监控的网压值存在一定误差。

3电制动失效条件

高速动车组电制动失效的条件如下:①当动车组在制动状态时逆变器关闭;②当动车组在电制动状态下,输出功率小于预设电制动功率的50%时,延时3s电制动失效;③制动变阻器的温度超过600℃;④互锁阀故障;⑤牵引辅助变流器冷却液超过70℃。

根据时速250km动车组技术条件和设计要求:高速动车组在TCU软件中设定了接触网网压与输出功率的关系曲线,网压在29.0～31.5kV间输出功率线性下降至零,此时动车组逆变器停止工作,牵引电机不再输出功率。同时,根据电制动故障条件,当动车组在电制动状态,输出功率小于预设电制动功率50%时,延时3s电制动失效。

4网压超限对动车组的影响

4.1牵引工况下的影响

牵引工况下,接触网网压超限对动车组的影响主要表现在:(1)网压在22.5～29.0kV间牵引功率保持在额定功率范围内;(2)网压在22.5～19.0kV间牵引功率线性下降至额定功率的84%;(3)网压在19.0～17.5kV间牵引功率线性下降至零,辅助设备应正常工作;(4)网压在29.0～31.0kV间牵引功率线性下降至零,辅助设备应正常工作。TCU监控显示,当网压超过29kV时,列车处于减功率运行(正常牵引功率为550kW)状态,牵引力减小。

4.2制动工况下的影响

MPU监控显示,当接触网网压超过29kV,且牵引制动手柄处于制动位时,为防止电制动进一步提升网压,此时禁止电制动施加,而采用空气制动进行补偿,但这会导致制动盘温度过高。

5改进措施

为解决兰新线高速动车组经常出现由于网压偏高导致电制动失效问题,使高速动车组更好地适应兰新线网压高和长大坡道多状况,通过长期试验后,提出了以下网压适应性参数调整优化方案:将TCU中网压限制电制动力阈值配置参数提高,由29kV提升至30.5kV。参数调整可有效改善电制动丢失导致的制动摩擦副过度磨耗问题。

通过牵引制动工况下牵引力和电制动力限制的测试,可以确认参数调整后,网压对牵引力限制仍为31kV,对电制动力限制变为30.5kV。软件修改可以提高网压对电制动力输出的限制判定阈值,且对其他无影响。

结论

当接触网网压大于29kV且持续时间大于5min,TCU检测到接触网网压为29.0～31.5kV,牵引电机输出功率线性下降至零。根据电制动故障条件,车组在电制动状态下,输出功率小于预设电制动功率50%时,延时3s电制动失效。由于恒速功能通过电制动调节,故当电制动失效时动车组的恒速功能同样失效。根据电制动失效的运行情况分析,采用调整网压限制电制动力阈值的配置参数,能够有效保证电制动力的正常使用,降低制动摩擦副过度磨耗问题,保证高速动车组的运行可靠度,在安全可靠的前提下拓宽网压的有效应用范围。

参考文献：

[1]赵志春,王开团,赵美钢.高速动车组制动减速度监控技术的初步探讨[J].铁道车辆,2018,56(09):27-28+5.

[2]罗飞平,孙环阳,王群,张磊,舒浩然.高速动车组紧急制动技术[J].机车电传动,2018(02):16-22.