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动车组高压作业安全防护的技术研究与应用李世春

发表时间：2020/9/4 来源：《基层建设》2020年第11期作者：刘海防曲超刘朋举李世春张青俊王怡民韩

[导读] 摘要：针对目前动车组需要升弓进行高压系统放电作业，为了节省作业时间，优化作业程序，建议取消升弓放电作业顺序，车辆入库后，闭合EGS，放电结束后，断开EGS，上述操作可以和接触网断电挂接地杆同步进行。

        中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266111
        摘要：针对目前动车组需要升弓进行高压系统放电作业，为了节省作业时间，优化作业程序，建议取消升弓放电作业顺序，车辆入库后，闭合EGS，放电结束后，断开EGS，上述操作可以和接触网断电挂接地杆同步进行。
        关键词：动车组；高压放电作业；安全防护；研究
        1．现状描述
        1.1动车组高压防护设计概念
        动车组原型车引进日本新干线E2-1000型，其电气安全防护设计依据标准JIS E5004-1 《铁道车辆－电气设备－第1部：一般使用条件及使用规则》、JIS C60364-4-41 低压电气设备第4-41部分：安全保护-感应保护及参考IEC 61991《铁路应用机车车辆电气隐患防护的规定，总体要求如下：
        1.1.1防护部位
        对以下设备设施装置采取措施，保证旅客或司乘人员接触：标称电压大于直流60V、交流25V的带电体或设备带电体部分。通常不带电、但故障情况下带电而且可触及的金属或其他导电材料。接地电阻（特备是因腐蚀或老化）。因存在剩余电荷电容而造成危险的设备。
        1.1.2防护分类
        针对不同的电压等级，制定了不同的防护要求：针对Ⅰ、Ⅱ等级，采用封闭的电器操作区域进行防护；用于电气操作区域的防护；保留间距的防护以及电源母线产生危害的防护。要求初级人员和熟练人员操作。针对Ⅲ等级，采用封闭电气操作区域的防护；保留间距的防护；电源母线危害的防护。要求任何人，包括熟练人员，都不应接近Ⅲ等级带电体。电压等级分类见表1。

        1.2国外同平台高压作业安全防护情况
        动车组原型车引进日本新干线E2-1000型，其一级修、二级修、正线及临修库高压作业办法如下。
        1.2.1日常检修作业办法
        动车组一、二级修车顶作业和车下无电作业前，需要接触网断电，并对高压系统放电，然后再进行检修作业。高压系统放电顺序如下：
        1.2.1.1接触网断电不挂接地杆情况
        受电弓需要升起，闭合车辆EGS（保护接地开关），在作业人员登顶或车下检修时，受电弓一直保持升起状态，且EGS保持闭合状态。车辆无电作业完毕后，降下受电弓，断开EGS。
        1.2.1.2接触网挂接地杆情况
        闭合车辆EGS（保护接地开关），放电结束后，断开EGS。然后作业人员登顶或车下检修。
        1.2.2正线作业
        当车辆故障，需要对车顶高压部件进行处理时，需要接触网断电，接触网挂接地杆，然后闭合车辆EGS。然后进行相关作业。作业完毕后，断开EGS，撤掉接地杆。
        1.2.3临修库作业
        当车辆进入临修库作业时，需要对车顶高压部件进行处理时，需要通过闭合车辆EGS进行高压系统放电。作业完毕后，断开EGS。
        1.3 高压系统放电情况
        1.3.1高压系统残余电荷放电理论计算
        CRH380A型动车组高压系统包含受电弓、高压隔离开关、高压电缆、真空断路器、变压器及保护接地开关等。高压电经受电弓、高压隔离开关、高压电缆和真空断路器后传输给变压器。
        1.3.2高压系统残余电荷放电理论计算
        根据动车组电路分析可知，当动车组主断路器断开，受电弓降弓后，车顶高压系统的残余电荷主要来源有两个方面：一方面是受电弓降弓后，残存在高压电缆中的电荷，电容量为C1、受电弓底座与车体间的感应电荷，电容量为C2；另一方面来源于接触网导线与受电弓间的感应电荷，电容为C3，这部分电压随着接触网电压变化而变化，而且不会衰减。
        根据经验可知，C2和C3远小于C1。下面是C1容量及能量的计算：
        动车组在受电弓降下，主断路器断开后，由于高压电缆对车体电容效应，残存电荷主要存在于高压电缆中。由于高压电压互感器已拆除，所以高压电缆及受电弓上的电荷短时间内无法泄放，会残存在高压电缆中。高压电缆的静电容量为0.3uF/km。动车组高压电缆长度约125m，所以高压电缆电容量为

上图1为受电弓电压衰减波形，断弧后，由于存在残余电荷，高压电缆上的电压不能立马下降。而是通过指数形式衰减。在实验测试采集波形中，高压电缆从断弧到电压降至200V左右，耗费时间约为80秒。将实验采集到的多组高压电缆电压衰减时间曲线通过软件拟合成，得到的平均衰减常数1/τ=0.034（1/s）。通过理论计算，得到高压电缆电压衰减到36V时，所用时间约为200秒。
在闭合VCB或EGS后，放电完毕时间在1s以内，见下图2。

        1.3.4结论
        考虑到恶劣环境（干燥环境下），在不进行任何操作的情况下，高压系统放电时间可能会进一步延长，为了人身安全，建议高压系统自行放电时间30min后再进行检修作业。只进行闭合VCB或EGS操作时，高压系统放电时间可大大减少。
        2.高压作业安全防护优化方案
        根据以上调研、理论分析及测试情况，高压作业安全防护方案如下。
        2.1 一级修高压作业方案
        目前国内动车组高压放电作业方法是，接触网断电挂接地杆后，升受电弓并闭合EGS，放电结束后，降下受电弓，断开EGS。建议后续高压放电作业方法如下：车辆入库后，闭合EGS，放电结束后，断开EGS。以上操作可以和接触网断电挂接地杆同步进行。
        2.2 正线停车登顶高压作业方案
        当车辆故障，需要对车顶高压部件进行处理时，需要接触网断电，接触网挂接地杆，然后闭合车辆EGS。然后进行相关作业。作业完毕后，断开EGS，撤掉接地杆。
        2.3临修库登顶高压作业方案
        当车辆进入临修库作业时，需要对车顶高压部件进行处理时，需要通过闭合车辆EGS进行高压系统放电。作业完毕后，断开EGS。
        3.总结
        针对目前动车组需要升弓进行高压系统放电作业，为了节省作业时间，优化作业程序，建议取消升弓放电作业顺序，放电顺序如下：车辆入库后，闭合EGS，放电结束后，断开EGS。以上操作可以和接触网断电挂接地杆同步进行。
        参考文献：
        [1]杨红萍，李翊，高月欣，等. CRH2型动车组避雷器五级检修技术研究与分析[J]. 高速铁路技术，2015（4）：18-21.
        [2]秦文照，马志涛. 浅析CRH2型动车组高压设备箱的检修[J]. 铁道车辆，2012，50（7）：41-42.
        作者简介：刘海防（1987.03-）山东青岛人，本科，研究方向：动车组检修及运用技术，工作单位：中车青岛四方机车车辆股份公司。
        曲超（1992.01-）山东青岛人，专科，研究方向：动车组检修及运用技术，工作单位：中车青岛四方机车车辆股份公司。