鐵路JJC接觸網檢修作業平臺問題分析

□ 王榮新

中國鐵路昆明局集團有限公司玉溪供電段安全科 昆明 650100

1 JJC型接觸網檢修列車概述

接觸網作業車是電氣化鐵路接觸網設備檢修的專用工程車輛,用于運送鐵路供電專業檢修人員和料具,為供電專業檢修人員開展高空接觸網設備檢修作業提供作業平臺。作業平臺是接觸網設備檢修作業現場必備的專用機具。近年來,隨著鐵路供電設備狀態檢測、集中檢修管理模式的實施,以及鐵路供電裝備現代化的持續推進,作業平臺的設備質量和性能得到了大幅提升,結構已從傳統的單機單平臺型式發展為單機多平臺、多機多平臺等型式。JJC接觸網檢修作業平臺是JJC型接觸網檢修列車專用的多機多平臺型式。

JJC型接觸網檢修列車是2017年研發的專為適應高速鐵路接觸網設備集中檢修生產的新車型,能為中修現場提供生產、食宿、辦公條件,現已成為高速鐵路接觸網設備檢修的主要作業機具。全國鐵路各供電設備管理單位均配置有JJC型接觸網檢修列車,當前在用的JJC型接觸網檢修列車已達到75列。JJC型接觸網檢修列車的基本結構包括具備運輸功能的JJC車列和具備作業機具功能的JJC接觸網檢修作業平臺兩部分,如圖1所示。JJC車列由12輛不同用途的單車按固定順序編組成列車,依次為01號牽引車、02號材料車、03號設備預配及安全用具車、04號工具車、05號炊事車、06號餐車、07號會議車、08號至10號宿營車、11號辦公車、12號牽引車。頭尾的01號、12號車自帶動力,實現雙向牽引。中間的02號車至11號車共十輛車不帶動力。JJC接觸網檢修作業平臺共由十個獨立平臺組合而成,每個獨立平臺長17 m,寬1.75 m,分別安裝在02號車至11號車的頂部。各獨立平臺結構基本一致,由剪叉升降機構、走臺、欄桿升降機構組成。剪叉升降機構、欄桿升降機構由液壓系統驅動上升或下降,液壓系統的液壓泵由效率較高的三相交流電機驅動,三相交流電機由兩套車載柴油機組供電。各平臺的液壓系統由可編程序控制自動化系統進行統一、集中控制,實現各獨立平臺整體協同聯動。作業時,全部十個獨立平臺同步升起后組合成一個長170 m、寬1.75 m的整體貫通作業平臺。

圖1 JJC型接觸網檢修列車

2 JJC接觸網檢修作業平臺概述

JJC接觸網檢修作業平臺2012年開始設計,生產時按代碼為4880的特種設備升降作業平臺進行審批、監造,2017年開始裝車使用。2014年國家特種設備法規變化,原特種設備代碼為4880的升降作業平臺不再納入特種設備管理。2017年使用后,特種設備專業管理部門不再對JJC接觸網檢修作業平臺進行監管,當前鐵路供電設備管理單位按常規接觸網作業車工作平臺進行管理。與常規接觸網作業車工作平臺不同,JJC接觸網檢修作業平臺全長170 m,需要專用的整備場地,液壓系統的控制系統結構復雜、技術先進,使用時需要車載發電機組供電,并且需要平臺上的多名人員與車內人員、兩端司機協同配合進行操作,平臺操作流程煩瑣,連鎖環節較多,這些對質量、安全管理提出了較高的要求。當前JJC接觸網檢修作業平臺質量、運用、安全等基礎管理工作還處于摸索和逐步完善之中,如何提升JJC接觸網檢修作業平臺安全管理工作,以充分發揮新裝備效能,是全國鐵路供電設備管理單位在高速鐵路接觸網設備檢修生產中必須面對和亟待解決的現實問題。筆者結合中國鐵路昆明局集團有限公司玉溪供電段JJC接觸網檢修作業平臺實際運用情況,對安全管理工作進行分析、探討。

3 控制系統

JJC接觸網檢修作業平臺有兩家廠家生產,分別為順特平臺、馬爾科平臺。兩種平臺結構類似,性能參數基本相同,筆者以中國鐵路昆明局集團有限公司玉溪供電段使用的馬爾科平臺為例進行分析。馬爾科平臺由馬爾科液壓升降平臺(寧波)有限公司生產,以升降作業平臺類型的特種設備進行申報審批,2012年10月取得浙江省質量技術監督局第TS 2433166—2016號《中華人民共和國特種設備制造許可證》,按特種設備代碼4880升降作業平臺進行制造,2017年開始作為JJC型接觸網檢修列車配套作業平臺。

平臺的控制系統采用技術已成熟的智能化西門子CPU315-2PN/DP可編程序自動化電氣控制系統。這一自動化電氣控制系統由兩級構成,第一級控制單個獨立平臺,采用執行器-傳感器-接口總線,由一個AC1401網關、一個AC1258電源,通過執行器-傳感器-接口總線連接平臺上三個AC3201從站、八個AC2457從站,并連接車內四個AC3221從站、兩個AC3201從站。各從站連接平臺、渡板、欄桿接近開關和光柵等傳感器,并連接液壓系統電磁閥線圈等執行器,負責對各種輸入信號進行采集,向各種執行器提供輸出信號。第二級控制全部十個獨立平臺,采用Profibus總線,由西門子CPU315-2PN/DP可編程序控制器通過Profibus總線連接十個獨立平臺的AC1401網關、觸摸屏,負責對第一級采集到的信號進行處理和控制。

4 欄桿

每車JJC接觸網檢修作業平臺兩側各有四組單獨的欄桿,02號、03號、04號、11號車走臺四周對角位置處的兩組欄桿之間留有一個豁口,豁口處的相鄰兩個欄桿上有欄桿門。欄桿門關閉時,通過插銷鎖定在欄桿內部。欄桿門開啟時,通過插銷鎖定后封堵欄桿間的豁口?；砜?、梯子連通車內登梯門,構成人員上下平臺的通道,全車列共有八個通道。02號車前端、11號車末端欄桿端部各有一根擋桿。相鄰兩平臺地板間有渡板,相鄰兩平臺欄桿間有掛鏈。平臺不使用時處于初始位置,即平臺上升高度為0的最低位置,此時平臺底部下落到車頂上,欄桿門鎖定在欄桿內部,欄桿下降到底,并鎖定在兩側走臺內,擋桿安放在02號、11號車平臺地板固定架內,渡板回收在平臺地板下方,并用插銷鎖定,掛鏈通過兩端的掛環懸掛在欄桿上。

5 使用流程

JJC接觸網檢修作業平臺使用主要流程如下:平臺操作人員在車箱內操作觸摸屏,解鎖、升起全部平臺欄桿;作業人員從車內登梯門經梯子、欄桿間的豁口到達平臺上;將欄桿門從欄桿上解鎖,并旋轉180°封堵豁口;放下渡板,搭接在相鄰兩平臺地板上;在相鄰平臺欄桿上安裝掛鏈,安裝02號、11號車端部擋桿;此時擋桿、欄桿、欄桿門、掛鏈將平臺四周圍成一個閉合護欄,渡板將各個平臺地板連接成一個整體地板,閉合護欄、整體地板組合成一個貫通平臺;平臺操作人員操作觸摸屏,升起貫通平臺到設定的高度;作業人員在貫通平臺上安全地對電氣化鐵路高空供電線及供電線正上方的承力索等進行檢修;檢修作業結束,平臺操作人員操作觸摸屏,將貫通平臺降落到初始位置;拆下02號、11號車擋桿,收回掛鏈,收回渡板,欄桿門旋轉180°,鎖定在欄桿內部;平臺上作業人員經欄桿豁口、梯子、登梯門進入車內;平臺操作人員操作觸摸屏,下降平臺欄桿,并將欄桿鎖定在走臺內。

6 問題分析

6.1 管理規章不完備

(1) 質量管理規章欠缺。國家鐵路局2018年7月發布、2019年2月實施的TB/T 2180—2018《電氣化鐵路接觸網檢修作業車》是接觸網作業車隨車作業平臺配置、設計、生產、檢驗的源頭性國家鐵道行業標準,這一標準對單機單平臺、單機多平臺兩種型式作業平臺的功能、技術指標、檢驗方法、檢驗規則進行了規定,但無2017年開始使用的多機多平臺型式相關內容,造成JJC接觸網檢修作業平臺的技術管理、質量管理缺乏源頭標準。

(2) 運用管理規章欠缺。中國國家鐵路集團有限公司2021年1月發布、2021年5月實施的TG/GW 2109—2021《軌道作業車管理規則》是接觸網作業車隨車作業平臺日常運用管理的頂層技術規章,但關于作業平臺操作使用、作業平臺完好標準、作業平臺年度檢查鑒定等只對單機單平臺型式進行了規范,無2017年開始使用的多機多平臺型式相關內容,造成JJC接觸網檢修作業平臺的日常運用管理缺乏基本規章支撐。

6.2 設計制造有瑕疵

(1) 平臺高度不足。JJC接觸網檢修作業平臺作業現場如圖2所示。以中國鐵路昆明局集團有限公司玉溪供電段管內某200 km/h高速鐵路為例,高速鐵路上部接觸網設備的接觸線距軌面6 m,承力索距軌面7.1～7.6 m。平臺地板初始位置距軌面高度4.1 m,平臺最大上升高度為1.7 m,欄桿高度為1.1 m,由此可計算出平臺初始位置欄桿升起后的擋桿高度為平臺地板初始位置高度4.1 m與欄桿高度1.1 m之和,即5.2 m。作業中使用平臺時,必須先把欄桿升起,安裝02號、11號車端部擋桿。欄桿位置檢測開關檢測到欄桿已升起到位,擋桿位置檢測開關檢測到擋桿已安裝到位后,才能操作平臺上升。因端部擋桿限制,平臺最高只能上升到端部擋桿與接觸線平齊的位置,即平臺最高位置時擋桿高度為接觸線高度6 m。由此可計算出平臺上升高度為接觸線高度6 m與平臺初始位置欄桿升起后擋桿高度5.2 m之差,即0.8 m,平臺地板高度為初始位置高度4.1 m與上升高度0.8 m之和,即4.9 m,平臺地板與承力索距離為承力索高度7.1～7.6 m與平臺地板高度4.9 m之差,即2.2～2.7 m。作業人員在平臺地板上,難以對高于平臺地板2.2～2.7 m處的承力索等接觸網設備進行檢修。

圖2 JJC接觸網檢修作業平臺作業現場

(2) 使用中平臺動作頻繁中斷。平臺上升或下降動作過程中,控制系統預設相鄰兩個平臺地板高度差在3 cm以內,且全列十個平臺地板高度差在10 cm以內,才能保證平臺正常動作。否則控制系統中的可編程序控制器啟動安全保護,停止平臺動作,直至各平臺地板的高度差再次符合預設范圍,才能再次動作。因各獨立平臺的液壓系統工作中存在一定抖動,全列平臺動作中各平臺同步聯動精準度不高,難以協同完全同步,上升或下降動作過程中各平臺地板的高度差不符合預設范圍,可編程序控制器頻繁啟動安全保護,動作頻繁卡頓,發生長時間停止動作現象。有時為了實現可編程序控制器再次觸發全列平臺動作控制功能,需要通過復雜的轉換、設置等作業步驟,對部分高度差過大的平臺分別單獨進行高度調整,極大浪費現場作業時間,降低現場作業效率,甚至影響鐵路運輸秩序。

6.3 使用錯誤

(1) 欄桿掛鏈過長。相鄰兩個平臺端部存在空隙,為了防止欄桿升起后人員從相鄰兩個平臺端部的空隙處墜落,作業中通過在兩個平臺端部的同側欄桿間安裝掛鏈進行封堵。作業結束后拆卸掛鏈,并將掛鏈懸掛在欄桿上,人員回到車內,再操作欄桿下降、回位。因掛鏈過長,如果欄桿下降過程中順欄桿下垂的掛鏈捋入欄桿與走臺之間,阻擋欄桿動作,會造成欄桿變形,欄桿不能復位,導致平臺下降動作中斷。掛鏈捋入欄桿與走臺間如圖3所示。

圖3 掛鏈捋入欄桿與走臺間

(2) 欄桿門關閉未鎖定到位。欄桿門固定在一組欄桿內部邊框上。開啟時,欄桿門收回在欄桿內部邊框內,通過欄桿門上的鎖銷插入欄桿內部邊框上的插孔,并旋轉90°壓縮鎖定彈簧進入配套定位槽,實現鎖定,此時開啟人員從車內進入平臺的通道。關閉時,欄桿門從開啟位置旋轉180°,通過欄桿門上的鎖銷插入相鄰一組欄桿內部邊框上的插孔,并旋轉90°壓縮鎖定彈簧進入配套定位槽,實現鎖定,此時關閉人員從平臺進入車內的通道。作業結束后,關閉欄桿門,人員回到車內,操作欄桿下降、回位。如果欄桿門關閉時鎖定不到位,欄桿下降過程中抖動,引發欄桿門彈出,與欄桿搖臂抵觸,造成欄桿搖臂變形,欄桿不能復位,導致平臺下降動作中斷。欄桿門鎖閉不到位脫出如圖4所示。

圖4 欄桿門脫出

(3) 交流機組操作錯誤。交流機組向JJC接觸網檢修作業平臺供電操作如下:總配電柜上工作位置開關置并聯供電位,大、小機組控制柜上的緊急停機按鈕置閉合位,大、小機組控制柜上直流電源開關置通位,閉合大機組控制器啟動按鈕,啟動大機組運轉3 min后,閉合大機組控制器供電按鈕、小機組控制器啟動按鈕,啟動小機組運轉3 min后,閉合小機組控制器供電按鈕,觀察小機組已正常供電,表明大、小機組已完成自動同步。此時操作觸摸屏,使用平臺進行作業。

作業結束平臺復位后,關閉交流機組操作如下:總配電柜上工作位置開關置0位,斷開大、小機組控制器供電按鈕,閉合大、小機組控制器停機按鈕,大、小機組各運轉30 s后停機,大、小機組控制柜上直流電源開關置斷開位,大、小機組控制柜上緊急停機按鈕為斷開位置。

交流機組使用過程中,機組停機后大、小機組控制柜上直流電源開關未操作至斷開位,造成大、小機組蓄電池虧電,影響大、小機組啟動。大、小機組停機過程中強行停機,停機運轉時間不足30 s,機組冷卻時間不足,大、小機組控制器產生報警信息,影響大、小機組正常使用。大、小機組緊急停機按鈕使用時機錯誤,產生失去勵磁故障,影響機組正常使用。觸摸屏如圖5所示。

圖5 觸摸屏

6.4 維護保養不當

(1) 清洗工作不當損壞從站模塊。平臺底部有電氣箱,用于安裝可編程序自動化電氣控制系統一級控制執行器-傳感器-接口總線的三個AC3201從站,電氣箱上部有密封蓋進行密封,兩側有電纜穿入。進行車輛頂部清掃、清洗工作時,如果清洗水通過電纜穿孔進入電氣箱,進入的積水長時間不能揮發,那么會造成電氣箱內AC3201從站模塊浸水受潮損壞。某次隧道施工結束,使用高壓水槍清洗車頂上的泥砟、粉塵,清洗水流沿電氣箱側部電纜套管進入電氣箱后,三塊AC3201模塊受到積水浸泡,如圖6所示。

圖6 電氣箱積水浸泡

(2) 電氣部件無防護造成損壞。平臺電氣部件包括平臺解鎖、鎖定接近開關,欄桿解鎖、鎖定接近開關,欄桿上升、下降接近開關,渡板收回、展開接近開關,平臺門開啟、關閉到位接近開關,平臺端部欄桿檢測接近開關,平臺高度檢測傳感器,渡板人員檢測光柵,登梯口人員檢測傳感器等。這些開關、傳感器采集到平臺欄桿、端桿、渡板等安裝到位,并且登梯口、相鄰平臺端部無人員,設備、人員均處于設定的安全狀態后,平臺才能正常使用。因當前絕大多數使用單位沒有專用停車庫房,JJC接觸網檢修作業平臺常年停留在戶外,受雨水、灰塵、日照侵蝕,部分外露電氣部件頻繁發生故障,特別是安裝在走臺上的渡板人員檢測光柵,故障率極高。平臺無防護如圖7所示。

圖7 平臺無防護

6.5 交流系統失修

JJC接觸網檢修作業平臺按既有接觸網作業車工作平臺檢修規程開展檢修,主要的修程修項以1 a為周期,定期對液壓系統液壓油、濾清器、管路進行過濾、清洗、檢查,對機械結構的活動、連接件進行潤滑、緊固等。由于接觸網作業車檢修人員缺少發電、配電等電力專業知識,交流系統方面的部件長期處于失修狀態。如大發電機組水冷系統冷卻風扇電機ACS510變頻器與電機接線端子接觸不良的問題未及時檢修,在平臺使用過程中發生端子燒損脫落故障。端子燒損脫落后,冷卻風扇電機缺相,電機停轉,冷卻風扇停轉,機組機體的風冷喪失,溫度快速升高,超過機組設定的最高溫度而停機,平臺因交流電斷開而停機?？偱潆姽穸位芈稫M7中間繼電器故障的問題未及時發現,在平臺使用過程中,中間繼電器故障控制回路斷開,機組供電主回路不能接通,發生機組不能向平臺供電的故障。ACS510變頻器電機主接線U2端子燒損如圖8所示,大機組控制回路KM7中間繼電器線圈燒損如圖9所示。

圖8 ACS510變頻器U2端子燒損

圖9 KM7中間繼電器線圈燒損

6.6 應急管理不完善

JJC接觸網檢修作業平臺正常操作方式以觸摸屏集中操作全車列十個平臺,除此以外還有三種應急操作方式。液壓系統泵站正常、控制系統故障時,以電控柜進行單機平臺操作。液壓系統泵站故障時,以手搖泵進行單機平臺操作。平臺升起后液壓系統泵站故障時,以應急閥進行單機平臺下降操作。

實際使用表明,西門子CPU315-2PN/DP可編程序自動化電氣控制系統技術成熟,可靠性較高,自身故障率較低,但檢測平臺位置、狀態的接近開關、傳感器等電氣部件故障時有發生。生產現場臨時發生平臺電氣部件故障導致正常操作方式失效,因缺乏平臺電氣部件故障應急處置方法,不能及時處置,不能恢復JJC接觸網檢修作業平臺觸摸屏集中操作,通常采用應急操作方式逐一回收單機平臺,停止現場作業,造成極大浪費。

7 應對措施與建議

(1) 實施JJC接觸網檢修作業平臺年度鑒定,規范設備源頭管理。參照常規接觸網作業車工作平臺年度鑒定標準,規范JJC接觸網檢修作業平臺年度鑒定主要項目和技術要求,主要內容包括:交流系統各種供電方式供電正常;西門子CPU315-2PN/DP可編程序自動化電氣控制系統各種模式控制正常;各單機平臺電控柜操作正常;各單機平臺手搖泵操作正常;各單機平臺應急閥下降操作正常;平臺、護欄、渡板、軸箱鎖定功能齊全,動作平穩,無爬行,無抖動;平臺急停裝置作用可靠;安全光柵、登梯口檢測傳感器防護功能正常;欄桿滑動部件、剪叉機構各關節潤滑充分;欄桿門、渡板鎖定機構作用可靠穩定;扶梯安裝牢固;從站電氣箱、電纜拖鏈和套管狀態良好,作用可靠。

鐵路供電設備管理單位成立由接觸網作業車專業技術人員、電力專業技術人員、JJC接觸網檢修作業平臺操作人員組成的年度鑒定組,對JJC接觸網檢修作業平臺與接觸網作業車同步開展年度鑒定,通過規范的鑒定工作及時發現、整治存在的問題,以改變當前控制系統、交流系統長期檢查不徹底的慣性問題。

(2) 優化使用方法,防范出廠設計缺陷。針對平臺高度不足,作業中使用平臺,欄桿升起后,使用金屬物體觸發02號、11號車端部擋桿位置檢測開關,向可編程序自動化電氣控制系統提供擋桿安裝到位信號,在未安裝端部擋桿的情況下操作平臺上升,上升最大高度1.7 m后平臺地板與待修設備距離為1.3～1.8 m,這個距離能較好滿足作業人員需要。針對使用中平臺動作頻繁中斷,按液壓系統沖擊原理分析,并結合實際測試,中斷主要發生在平臺高度小范圍降低調整過程中,并且平臺上升動作相對下降動作時要平穩很多,平臺長距離下降動作相對短距離下降動作時要平穩很多。為此,降低平臺高度時通過基于初始位置的一次下降、一次上升實現,比如當前平臺已上升到1.2 m高度,臨時需要調整到0.8 m高度,不直接進行1.2 m高度調整至0.8 m高度的下降操作,而是先進行1.2 m高度調整至0 m高度的下降操作,再進行0 m高度調整至0.8 m高度的上升操作,大大減少中斷現象。

(3) 執行現場銷記管理,促使關鍵作業落實到位。完善現場作業組織管理,對交流機組使用、平臺使用關鍵作業項目按流程編制書面提升卡,每個作業項目由專業崗位按執行、確認兩個步驟實施,實施后由現場負責人逐項銷記,確保關鍵作業落實到位。

(4) 采取防護措施,推動定期維護工作,提升設備維護質量。JJC接觸網檢修作業平臺通常為階段性使用,長時間停用后再次使用期間往往故障較多,主要原因均是停用期間防護、維護工作未開展。對此,從兩方面進行改進。按平臺尺寸制作防護罩,安裝在平臺上。對平臺電氣部件進行防水、防曬、防塵防護。通過管理機制推動每季度欄桿滑動部件、剪叉機構各關節給油潤滑和平臺動作檢查工作,解決長時間停用后因防護、維護不到位而故障頻發的老問題。

(5) 落實交流系統檢修,解決失修問題。在現有接觸網作業車工作平臺年修規程中,增加交流系統發電機組、總配電柜、電控柜、可編程序自動化電氣控制系統的檢查、檢修范圍,由鐵路供電設備管理單位技術部門牽頭電力、變配電專業人員建立交流系統檢修隊伍,開展車輛年修時,同步進行JJC接觸網檢修作業平臺交流系統年修工作,依托現有電力、變配電人力資源優勢,解決JJC接觸網檢修作業平臺交流系統失修問題。

(6) 開展技術攻關,補強應急處置短板?？删幊绦蜃詣踊姎饪刂葡到y安全光柵、接近開關、傳感器等平臺電氣部件故障,造成平臺不能動作的問題較多。針對問題開展技術攻關,固化為應急處置方案。安全光柵使用LGS8光柵,故障時拆下接收端的線束,短接+UB針腳與H1針腳,就能和未發生故障時一樣,為可編程序自動化電氣控制系統提供高電平信號。接近開關、傳感器也可通過短接+24 V電源線與輸出信號線的方式,提供高電平信號。按照應急處置方案,需要隨車存儲相關料具,日常進行必要的培訓、演練,現場發生故障時快速臨時處理,恢復平臺使用。

8 結束語

鐵路JJC接觸網檢修作業平臺作為當前主流的高速鐵路供電檢修裝備,在全國各鐵路局集團公司得到了廣泛使用。圍繞設備的養、用、修、管,各單位在實際工作中進行了探索和嘗試,積累了有益的經驗,并立足于現場運用中的實際問題,以問題為導向,研究解決措施。隨著這一新裝備常態化運用中現場經驗的積累,安全管理水平將逐步提升。