CRH380AM-0204高速综合检测列车设备研制

陈春雷

【摘 要】CRH380AM-0204高速综合检测列车是“更高速度等级试验列车”在完成相关科学实验后改造而成的高速综合检测列车.鉴于该车具有结构特殊、空间小、车载设备多等特点,需重新研究设计检测系统总装配和质量控制流程,研究确定一体化集成平台和各检测系统的接口关系,设计各检测系统间的接口方案,各检测系统与动车组机械、电气等系统的接口关系,并提出检测系统抗干扰解决方案.经大西客专等试验验证,该检测列车检测结果的准确性、重复性、可靠性及与既有综合检测列车的一致性满足标准要求.

【期刊名称】《中国铁路》

【年(卷),期】2017(000)010

【总页数】8页(P69-76)

【关键词】高速综合检测列车;CRH380AM-0204;设备研制

【作 者】陈春雷

【作者单位】中国铁道科学研究院基础设施检测研究所,北京100081

【正文语种】中 文

【中图分类】U216.6

高速综合检测列车是以高速动车组为平台，安装有轨道、接触网、通信、信号、轮轨动力学、车辆动态响应等检测装备。目前、英国、意大利、法国、日本等高速铁路发达国家，为了满足动车组开行需要，均采用高速综合检测列车对基础设施进行综合检测。其中检测速度最高的综合检测列车是法国研制的IRIS320，达到320 km/h。该列车为10辆编组，2台机车和8辆客车。日本的East-I采用6辆编组，最高检测速度为320 km/h。与国外相比，我国高速综合检测列车采用最新综合检测技术，具有高检测速度、高集成度、功能齐全等特点，综合检测能力达到世界一流水平[1-2]。

CRH380AM-0204高速综合检测列车原为“更高速度等级试验列车”，在完成整车型式试验及各项科学实验后改为综合检测列车。该车继承了成熟的CRH380A型动车组技术平台，并使用成熟的检测技术进行更高速度试验列车改造为综合检测列车的改造设计。由于原车设计速度为500 km/h，牵引总功率达到14 400 kW，为保证车辆的高速试验能力，该车采用特殊结构设计。与其他高速综合检测列车相比，车辆空间小、车载设备多，改造设计十分困难。检测设备的安装空间狭小不利于设备安装与维护，这对车辆与检测设备的结构和接口设计均提出更高要求。为保证项目顺利进行，同时满足专用试验线的特殊需求，必须尽快按要求将该车改造完成。在此条件下，检测设备与车辆均进行了大量改进性设计以满足检测功能的需要。

列车编组形式：6辆编组，均为动车，其中2车1架改为拖车转向架，用于轨检梁及测力轮对的安装。车辆长度仅为153.5 m，车体宽度比CRH380A型动车组小430 mm（见图1）。由于该车原设计要求采用特殊的2种流线型头型结构，使得与新造车相比技

术方案更复杂，施工难度更大。

CRH380AM-0204高速综合检测列车检测系统包括轨道几何、接触网、通信、信号、动力学检测系统及综合系统。在最高时速385 km条件下可进行轨道几何、接触网、通信、信号、动力学等动态检测。

（1）轨道检测设备采用惯性基准法和激光摄像等技术，测量轨距、轨向、高低、曲率、水平（超高）、长波长高低和轨向等轨道几何不平顺参数，车体、构架、轴箱等列车动态响应参数，满足对线路质量进行评价的需要。

（2）测力轮对采用连续测量测力轮对，检测垂向力、横向力、纵向力、轮轨接触点等参数，以满足安全检测和高速轮轨关系研究需要。

（3）弓网检测系统具备检测弓网接触压力、硬点、火花、接触线高度、拉出值、定位器坡度、接触网电压、动车组侧电流及弓网运行环境监视等功能。同时能够采集并计算杆位、跨距等辅助信息，实现多源数据的集成与同步处理、数据自动存储、超限自动判断、波形分析与对比诊断等功能，满足指导高速铁路接触网联调联试和日常维修的需要。

（4）通信检测系统具备实时检测GSM-R服务质量、GSM-R场强覆盖、网络参数、电磁环境、电路域数据通信质量等参数的功能，满足高速铁路通信设备安全运营和日常维修的需要。

（5）信号检测系统具备轨道电路电气参数与传输特性、应答器上行链路信号特性、应答器报文、有砟与无砟道床条件下补偿电容工作状态、牵引回流及谐波检测、车载列控

设备工作状态监测与性能评估及检测数据综合分析等功能，满足CTCS-3级列控系统技术规范及指导高速铁路列控系统日常维修和安全运营的需要。

（6）综合系统包括空间同步、时空校准、数据网络和集中监控、车地无线传输、视频采集处理、车载数据综合处理和多媒体等系统，其功能是统一发布列车的速度、时间、里程、视频等信息，触发各检测系统上千个采样通道的实时同步采集，对整列车多个检测数据在线集成、数据处理、超限历史趋势分析和分级评判等。多媒体系统对各检测系统的VGA/DVI/HDMI信号、投影、液晶工业大屏幕、DVD和会议音/视频等多媒体信息进行统一控制和显示。

检测系统在车内的布置需满足检测功能的要求。以检测系统采集数据最有利的位置进行位置分配。按功能区分为信号检测车，轨道几何、动力学及接触网检测车，通信、综合检测车，弓网检测车和生活车。其中在3号车设置小型会议桌。共布置有20台机柜和22个操作位（见图2）。

（1）信号检测车（1号车），主要包括驾驶室、信号检测系统、车辆动态响应检测系统、综合系统环境监视摄像机、综合系统网络设备等。设置信号检测系统、车辆动态响应检测系统操作位。

（2）轨道几何、动力学及接触网检测车（2号车），主要包括轨道检测系统、接触网检测系统、测力轮对系统和综合系统网络设备等。设置轨道检测系统、测力轮对操作位。

（3）通信、综合检测车（3号车），主要包括通信检测系统、综合系统等。设置通

信检测系统、综合系统操作位。

（4）生活车（4号车），设置8张半包卧铺。

（5）接触网检测车（5号车），主要包括接触网检测系统和综合系统网络设备等。设置接触网检测系统操作位。

（6）信号检测车（6号车），主要包括驾驶室、信号检测系统、综合系统网络设备、环境监视系统摄像机等，设置信号检测系统操作位。

车内检测设备主机均安装在带有电磁屏蔽功能的机柜中。车内检测设备安装设计应满足检测系统运用要求，散热系统的好坏直接影响检测系统的稳定性。同时，散热系统又不能影响到检测室内工作人员的工作环境。屏蔽机柜的安装采用顶部与底部同时固定的方式，底部采用钢质框架进行连接，顶部采用铝合金框架固定（并在车体顶部增加接地座）。底部风道和机柜底部风扇完成机柜通风散热（见图3）。另外，还需通过工业设计满足美观性和人体工程学要求。车内机柜、操作台、显示器的选型和布置与车内装饰协调，达到总体美观舒适（见图4）。

车下检测设备包括车体底部与转向架部位安装的检测设备。包括ASTMamp;STM天线、BTM天线、CIS-R/CIS-S天线、位移传感器、加速度传感器、测力轮对和轨检梁等设备。

安装在车体底部的设备较多，设备安装受限于安装空间。由于该车编组少、车载设备多，因此进行了较多车下结构改进设计，包括车载设备位置调整、针对性地增加检测设备

吊座、设计新玻璃钢底板等创新性设计。在考虑安装强度的前提下，保证了检测功能。

安装在转向架部分的检测设备主要有轨检梁、测力轮对、编码器、加速度传感器等设备。其中轨检梁的安装对转向架要求最高。在保证车辆运行安全的前提下，对转向架进行较少改造，设计轨检梁的结构以满足检测要求。

轨检梁安装在构架制动吊座上，采用制动吊座吊挂，梁体与安装座采用弹性橡胶垫连接，轨检梁下部限界满足限界要求（见图5、图6）。经仿真计算，最大应力值和动应力幅值分别为27.8 MPa和15.1 MPa，轨检梁静强度和疲劳强度安全裕度充足。一阶垂弯频率为208.9 Hz，与构架不发生共振（见图7）。通过动力学及各部件强度计算和试验，转向架各部件满足强度要求，整车动力学性能满足规范要求。

车顶检测设备主要有通信、信号检测系统天线，时间及定位GPS天线，弓网检测系统非接触检测梁及传感器。

由于车顶存在弧度，天线底座下部与车顶连接处同样需要调整角度，必须保证天线底座上部的法兰盘处于水平状态。天线安装于车顶（见图8），安装座应保证水平，天线上方无金属物。其中定位GPS天线安装于车体纵向中心线，顶部无遮挡，水平安装，与射频阅读器位于同一断面上。

接触网检测设备安装于2、5车。两车车顶各设置1架单滑板受电弓。车顶高压设备沿用CRH380A型动车组安装结构，支撑绝缘子高度大于400 mm（见图9）。

受电弓车顶装置的安装满足高低压空气绝缘间隙的要求。

接地措施最终要保证无论在任何情况下，车内设备操作检测人员均在可靠接地保护范围内。

（1）车顶安装的任何检测系统设备和装置必须在相应安装座或车顶最近位置进行接地；

（2）车顶的通电导线必须敷设在带盖的金属线槽中，保证导线不能裸露在外，分段线槽之间必须用铜条连接；

（3）车内机柜总接地点必须接在转向架接地点或尽可能接近大地的接地点上，机柜内各设备的接地应接在统一的总接地点上；

（4）弓网检测系统机柜对外的总接地线和车顶检测设备的接地线截面不能小于50 mm2。

供电的品质是保证检测设备稳定的基础。检测设备电源由动车组辅助供电系统提供，因过分相时动车组自身应急供电系统不能给检测设备供电，同时，检测设备采用高新技术的传感器和仪器，对电源品质要求较高，所以在列车上配置不间断电源（UPS）以保证检测系统持续稳定运行。UPS配置要求见表1。

车载网络采用光纤作为传输媒介，可很好地避免车辆在运行过程中遇到的各种环境下对数据和图像信号的干扰，如雷电、磁场干扰、电场干扰、振动、高温等。车内轨道、接触网、通信、信号、轮轨力等检测系统可根据数据量的大小分别走不同环网以均衡网络流量、提高网络传输效率和带宽利用率，主干千兆带宽可很好地满足网络通信需求[3]（见

图10）。

综合系统提供整列车统一的时钟、距离采样控制基准，统一的时间、速度和里程标签，统一的视频和设备台账信息，建立统一的底层和数据网络传输通道及接入接口，统一的控制和数据传输协议，统一的设备安装环境。进行各专业检测数据集成、综合处理和分析，整车检测系统状态、网络通道、专用供电、工作环境等信息的集中监控，整车视频、音频、VGA、TV、DVD等多种媒体信息的传输控制（见图11）。

高速综合检测列车上电磁环境复杂，检测系统受到的干扰情况多种多样，包括升弓送电、过分相干扰等常见情况均会对传感器、数据采集通道造成不同程度干扰（见图12）。

通过对干扰源分析及检测设备的电磁环境试验研究，针对性地改进了检测系统传感器、电源、滤波板、接地、屏蔽、隔离、泄放等设计，取得了较好效果。抗干扰措施包括交流电源、低压电源端防护与隔离，信号输入、输出端口防护，电缆屏蔽与接地设计，检测系统设备接地设计，传感器及主机绝缘隔离设计等。将金属传感器外壳与车辆金属结构进行绝缘隔离，避免转向架及车轮作为高压回流线带来的大电流和高电压脉冲干扰；对车供交流电源采取多级防护滤波及隔离，降低从高压电网进入车辆供电系统及牵引电机工作产生的大能量脉冲干扰[4]（见图13）。

在抗干扰设计的同时要按动车组的制造要求，检测设备电线电缆均采用无卤、阻燃型，且燃烧时低烟、无毒。依据GB/T 24338.4—2009《轨道交通 电磁兼容第3-2部分：机车车辆 设备》的相关规定，就其中受干扰影响较大的轨道检测系统进行全部8个项目的测试。测试结果表明，检测系统抗干扰设计解决了现场问题，效果显著，提高了轨道检测

系统的可靠性（见表2）。

针对各检测系统检测项目指标的测试，通过静态试验、动态试验2种方式进行验证。静态试验在中国铁道科学研究院环行铁道库内完成，包括检测系统的调试及标定。动态试验选定中国铁道科学研究院环行铁道（低速，见图14）及合福高铁与大西高铁（高速）上下行线路进行检测试验。验证各专业检测系统的准确性、重复性、可靠性及与既有综合检测列车检测结果的一致性。

CRH380AM-0204高速综合检测列车2015年4月15日出厂，2015年5月13日从北京调至合肥南动车所，并按计划于5月20日、24日进行了合肥南—巢湖间高速试验（见图15）。根据试验要求，在上下行线各进行往返运行，速度等级200 km/h、250 km/h、270 km/h、300 km/h、320 km/h（上下行各往返一次）。在此期间与CRH2C-2068高速综合检测列车进行动态对比，共20趟，每趟70 km。2015年6月29日—2017年在大西高铁综合试验段完成了综合试验工作，进一步对检测系统及综合系统等的功能、指标进行了验证，完成最高速度385 km/h的系统试验。同时，CRH380AM-0204高速综合检测列车正式参加大西高铁综合试验，设备进入正线运用阶段。

动态试验在不同速度等级下进行轨道、弓网、信号、通信、车辆动态响应、轮轨力及综合系统的功能验证试验及高速比对试验。对综合检测列车开展全面静态调试、动态调试、校准试验等工作，在最高速度385 km/h条件下对各专业检测系统的技术性能进行全面调试测试、静态校准、低速运行试验及高速比对试验。分别对同速及不同速度检测数据进行比较，针对直、缓、圆3种线型，每个速度级每种线型各检测项目选取采样点。2次测试

结果之差与检测项目最大允许误差进行比较，示值误差小于允许误差的点数占总数的百分比满足技术条件要求。静态、动态验证试验数据表明该车各系统具备了检测能力，可用于日常检测和联调联试工作。

截至2016年底，我国共有12列高速综合检测列车在执行联调联试和日常检测任务，保障了高速铁路运输安全。CRH380AM-0204高速综合检测列车以“更高速度试验列车”平台为载体，进行高速综合检测列车自主化检测装备的总体功能设计。通过检测设备研制、接口设计及在动车组上的集成，完成了CRH380AM-0204高速综合检测列车的改造。优化集成平台和各检测系统的接口参数及各检测系统与动车组机械、电气接口参数，并形成具有完全自主知识产权的高速综合检测列车装备。实现最高检测速度385 km/h条件下轨道、接触网、轮轨力、通信、信号状态实时采集和精确测量。

CRH380AM-0204高速综合检测列车自2015年5月13日—2017年8月10日运用里程205 121 km。其中，最高速度级（300～350 km/h及以上范围）里程超过45 000 km。试验表明，CRH380AM-0204高速综合检测列车能够适应高速检测需要，为高速铁路试验、基础设施养护维修提供了装备保障。

【相关文献】

[1]康熊，王卫东，李海浪．高速综合检测列车关键技 术研究[J]．中国铁路，2012(10)：3-7．

[2]仲崇成，李恒奎，，等．高速综合检测列车综 述[J]．中国铁路，2013(6)：

-93．

[3]李海浪，王卫东，康洪军，等．CRH380B-002高速 综合检测列车总体架构设计[J]．铁道建筑， 2014(2)：109-112．

[4]刘伶萍，魏世斌，赵延峰，等．GJ-6型轨道检测 系统的研制与验证[J]．铁路技术创新，2015(2)： 53-56．