溫州動車事故調(diào)查報告精選(九篇)

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第1篇：溫州動車事故調(diào)查報告范文

關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器、接觸網(wǎng)、相角差法

0 引 言

根據(jù)鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃：“十一五”期間建成7000公里高速客運專線，到2020年左右，我國將建成線路長度約1.2萬km的高速鐵路，而“十一五”期間建成7000公里高速客運專線。按未來15年高速鐵路將建設(shè)2萬公里計算，將有約一萬公里高速鐵路區(qū)段處在多雷區(qū)、雷電活動特殊強烈地區(qū)，而截至目前，雷電事件，已給鐵路客運系統(tǒng)造成多起安全故障[1]。

以“723”甬溫線事故為例，2011年7月23日19時30分左右，雷擊溫州南站沿線鐵路牽引供電接觸網(wǎng)或附近大地，通過大地的阻性耦合或空間感性耦合在信號電纜上產(chǎn)生浪涌電壓，在多次雷擊浪涌電壓和直流電流共同作用下，LKD2-T1型列控中心設(shè)備采集驅(qū)動單元采集電路電源回路中的保險管熔斷[2]。同時，雷擊也造成軌道電路與列控中心信號傳輸?shù)腃AN總線阻抗下降，導(dǎo)致5829AG軌道電路與列控中心之間出現(xiàn)通信故障，雷擊是造成此次事故的首要原因。

根據(jù)事故所在區(qū)域雷擊數(shù)據(jù)進行的統(tǒng)計分析[2]，7月23日19時27分至19時34分，溫州南站至永嘉站、溫州南站至甌海站鐵路沿線走廊內(nèi)的雷電活動異常強烈，雷擊地閃次數(shù)超過340次，每次雷擊包含多次回擊過程，幅值超過100千安的雷擊共出現(xiàn)11次。

在高速鐵路發(fā)達的歐洲中部地區(qū)每100公里接觸網(wǎng)在1年時間內(nèi)才可能遭受1次雷擊[3]。基于這樣的雷擊概率數(shù)據(jù)，德國采用的方法是在雷電較多的地段安裝避雷器，而在其它雷電較少的區(qū)段，一般不考慮安裝避雷器等防雷裝置。而與德國相比，日本的地理環(huán)境、氣象環(huán)境完全不同，因此對電氣化接觸網(wǎng)的保護措施也截然不同。日本根據(jù)雷擊頻度及線路重要程度，將防雷等級劃分為A、B、C三級區(qū)域。A級區(qū)域雷害嚴重且線路重要，全線接觸網(wǎng)都架設(shè)避雷線，同時在牽引變電所出口、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)、電纜接頭連接處、架空避雷線接地線終端等重要部位設(shè)置避雷器；B級區(qū)域雷害較重且線路重要，對部分特別地段的接觸網(wǎng)架設(shè)避雷線，同時在與A級區(qū)域相同的重要位置安裝避雷器；對于C級區(qū)域，一般只在一些重要位置安置避雷器[3]。

對于雷電的形成來分析，我國很多地區(qū)（比如西南地區(qū)、東南沿海地區(qū)）有類似于日本的地理和氣象環(huán)境，但鐵路接觸網(wǎng)的防雷保護卻沒有吸取日本高鐵的經(jīng)驗，反而機械地學(xué)習(xí)了德國經(jīng)驗，所以在高速鐵路剛發(fā)展的幾年內(nèi)，不可避免的由于雷電影響而造成多起事故，給人們的生產(chǎn)、生活帶來了深刻的負面影響。

因此電氣化鐵路接觸網(wǎng)的防雷避雷形勢十分嚴峻，避雷器作為電力系統(tǒng)中常規(guī)的避雷防雷裝置，將會在鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)中得到普遍的應(yīng)用，而其狀態(tài)性能的好壞也將直接關(guān)系到整個牽引系統(tǒng)防雷工作的成敗，因此對電氣化接觸網(wǎng)避雷器性能狀態(tài)監(jiān)測的研究勢在必行！

避雷器性能優(yōu)劣檢測原理與監(jiān)測方法仍然沿用電力系統(tǒng)中的常用的研究方法。但鐵路牽引系統(tǒng)與電力系統(tǒng)相比具有負荷移動、方式多變等特點，加之接觸網(wǎng)與電網(wǎng)不同的拓撲結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致對接觸網(wǎng)用避雷器進行狀態(tài)性能檢測的時候面臨諧波電流復(fù)雜、頻繁操作過電壓等諸多新的問題。

1 鐵路接觸網(wǎng)特性分析

本課題所針對的避雷器運行的背景環(huán)境是牽引供電系統(tǒng)，它是指三相電力系統(tǒng)接受電能向單相交流電氣化鐵道行駛的列車輸送電能的電氣網(wǎng)絡(luò)，主要構(gòu)成部分如圖1所示。牽引變電所控制及變換電能，轉(zhuǎn)換接觸網(wǎng)與電力系統(tǒng)之間的電壓，接觸網(wǎng)則負責(zé)向列車供給電能，我國干線電氣化鐵道的供電制式是工頻單相交流制，接觸網(wǎng)的額定電壓是25kv[4]。

圖1 牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

負荷的特殊性決定了接觸網(wǎng)的特征不同于一般三相輸配電網(wǎng)絡(luò)，主要原因有以下幾點：

1、 電力機車是大功率單相負荷。

2、 電力機車是移動性負荷，由于電氣化鐵道線路的條件多變，機車在行進過程中阻力也不斷的變化，頻繁地在起動、加速、惰行、制動等工況之間轉(zhuǎn)換，機車負荷的劇烈波動容易造成接觸網(wǎng)電壓異常波動，容易帶來操作過電壓影響。

3、 電力機車是非線性負荷，我國大量采用的交直流型電力機車，主電路一般都為相控整流電路，網(wǎng)側(cè)電流含有較大諧波成分，且含所有奇數(shù)次諧波，包括3次及3的倍數(shù)次[4]。

本文主要針對接觸網(wǎng)用避雷器的工作條件及背景環(huán)境，其他的有關(guān)牽引供電系統(tǒng)及接觸網(wǎng)的內(nèi)容不作為研究的對象，而能夠給避雷器性能狀態(tài)帶來危害的諧波電流和電壓波動也是本文分析的重點之一。

1.1 接觸網(wǎng)諧波特性分析

在避雷器性能檢測過程中，阻性電流值因其能夠很好的反映避雷器的狀態(tài)性能常用來判斷避雷器性能優(yōu)劣的重要依據(jù)。但是在諧波污染嚴重的情況下，阻性電流中就含有較大分量的諧波含量[5]，嚴重的影響了性能分析的精確性[6]。而在電氣化鐵路系統(tǒng)中，電力機車多采用PWM控制電路，容易給接觸網(wǎng)帶來嚴重的諧波污染[7]，諧波在接觸網(wǎng)傳播的過程中，當(dāng)接觸網(wǎng)參數(shù)與機車匹配時會發(fā)生諧振和嚴重的諧波放大[8]。根據(jù)CRH2動車組的模型仿真分析[9]，當(dāng)機車在運行工況之間切換時，對應(yīng)的輸出功率會發(fā)生變化，由于基波與各諧波電流的變化不同步，導(dǎo)致不同輸出功率下諧波電流含量的變化較大。由諧振引起的電壓畸變，會進一步使機車諧波電流增大，形成了一個類似于正反饋的相互激勵過程，導(dǎo)致接觸網(wǎng)形成諧振過電壓，燒損避雷器等設(shè)備 [10]。

因此，在避雷器性能監(jiān)測分析的過程中，諧波含量的檢測對避雷器工作狀態(tài)的分析具有重要的作用[11]。基于場強法的諧波檢測方法在筆者的論文[12]中已經(jīng)具體闡述實現(xiàn)并已成功運用到本系統(tǒng)中。

1.2接觸網(wǎng)電壓波動分析

電氣化鐵路牽引負荷表現(xiàn)為移動且運行工況切換頻繁的特點，是一種十分典型的日波動負荷，符合短時沖擊的特點。接觸網(wǎng)的電壓波動與線路條件、機車類型、運行工況、機車速度、牽引重量等因素有關(guān)，且這些影響因素具有隨機的特點。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，接觸網(wǎng)電壓波動范圍最大可達30%，同時電壓峰值最高達到460V，波峰系數(shù)達到1.92，電壓峰值的大范圍變化對設(shè)備的安全構(gòu)成了較大的隱患[13]，這其中也包含避雷器。因此在對避雷器性能在線監(jiān)測的過程中，頻繁的操作過電壓將是一個值得深究的問題。

為此，在本系統(tǒng)中額外添加了避雷器運行過電壓監(jiān)測功能，設(shè)定運行過電壓的閾值，并記錄下運行過電壓的時間和次數(shù)，有助于對避雷器性能狀態(tài)和故障原因的研究分析。

2 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器、監(jiān)測點裝置、數(shù)據(jù)采集節(jié)點及上位機數(shù)據(jù)管理平臺組成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示，分別利用感應(yīng)式電壓傳感器和電流互感器采集避雷器運行的電壓信號和電流信號，每只避雷器有其固定的監(jiān)測點裝置，采集處理監(jiān)測到的狀態(tài)數(shù)據(jù)；一只數(shù)據(jù)采集節(jié)點可以處理多個監(jiān)測點裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用RS485實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)采集節(jié)點與上位機之間的數(shù)據(jù)通信。

主控PC向下位機數(shù)據(jù)采集節(jié)點發(fā)出索要數(shù)據(jù)的控制指令后，節(jié)點根據(jù)接收的指令要求再向監(jiān)測點裝置索要當(dāng)前的監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測點裝置在收到指令后就按要求將監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳給數(shù)據(jù)采集節(jié)點，節(jié)點確定收到監(jiān)測數(shù)據(jù)之后，再將這些數(shù)據(jù)有次序的回傳給主控PC，上下位機之間采用ModBus通信協(xié)議，并通過CRC校驗，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

圖2 避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 監(jiān)測點電路結(jié)構(gòu)設(shè)計

避雷器性能在線監(jiān)測點主要完成避雷器運行電壓及泄漏電流的采集、計算及其信號處理和組網(wǎng)通信等功能。整體結(jié)構(gòu)由電流采集模塊、電壓采集模塊、90E36信號處理模塊，單片機控制模塊、電源模塊、RS485通信模塊、雷擊計數(shù)模塊及LCD顯示模塊組成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖如圖3所示。

圖 3 監(jiān)測點電路結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖

2.2 RS485串行組網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)設(shè)計

在數(shù)據(jù)通信、計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，RS485是一種常用的串口通信標(biāo)準(zhǔn)，它是在RS232標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種平衡傳輸標(biāo)準(zhǔn)，能夠克服RS232通信距離短，速度低等缺點，其最高傳輸速率達到10Mbit/s，最遠傳輸距離可達1200m；具備多點、雙向通信功能，即可允許同一條總線上連接多達32個數(shù)據(jù)節(jié)點，而且節(jié)點驅(qū)動能力強、沖突保護特性好。由于RS485標(biāo)準(zhǔn)對接口要求的特殊性，用戶亦可建立自己需要的通信協(xié)議。因此，本系統(tǒng)采用RS485標(biāo)準(zhǔn)組網(wǎng)通信，如圖4所示，其中N≤32。

圖4 RS485組網(wǎng)通信框圖

3 結(jié) 論

在高速鐵路剛發(fā)展的幾年內(nèi)，就因雷電影響造成多起列車停車晚點事故，給人們的生產(chǎn)、生活帶來了深刻的負面影響，鐵路系統(tǒng)的防雷避雷研究已經(jīng)成為一個研究的熱點課題。傳統(tǒng)的避雷器的故障監(jiān)測研究只針對于電力系統(tǒng)的應(yīng)用背景，鐵路牽引系統(tǒng)具有負荷移動、運行方式多變而造成的諧波電流復(fù)雜、頻繁操作過電壓等特點，而諧波電流和操作過電壓都會嚴重的影響著避雷器性能狀態(tài)。因此針對接觸網(wǎng)系統(tǒng)的特殊性，本文提出了氧化鋅避雷器性能在線監(jiān)測的實現(xiàn)方法，并設(shè)計了在線監(jiān)測點的硬件裝置、數(shù)據(jù)采集節(jié)點及主控PC數(shù)據(jù)管理平臺。經(jīng)測試，本監(jiān)測系統(tǒng)具備對避雷器阻性泄漏電流和相位差值進行精確檢測，數(shù)據(jù)傳輸流暢，同時具有實時數(shù)據(jù)圖形化顯示，歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。系統(tǒng)運行試驗驗證了理論分析和設(shè)計的正確性，為其它電氣設(shè)備實時監(jiān)測研究提供了重要的理論基礎(chǔ)和實際的指導(dǎo)意義。

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