曹宏发

(1 中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所， 北京 100081；2 北京纵横机电科技有限公司， 北京 100094)

目前世界上的主要高速铁路国家，包括中国、日本、德国、法国等，制动系统原理均不相同。德国和法国等欧洲干线动车组制动系统由于UIC 541-5等标准要求和原TSI法规的强制要求，普遍采用自动式空气制动系统。欧洲市域动车组和地铁、日本新干线动车组等制动系统，不受TSI法规的强制要求和UIC 541-5等标准要求，通常采用直通式电空制动系统。中国高速动车组自研发及投入运营以来，一直采用直通式电空制动系统。

为保证动车组能够被机车或者动车组高效救援，各国高速动车组通过配置自动式空气制动机、设置制动指令传输或转换装置、列车供电管理、外部供电等各种方式，来保证动车组能够被机车或者动车组高效救援。CRH1平台的原型动车组Regina C2008设有救援转换装置，将救援动车组或机车的BP管减压量转化为电气制动指令，并可由救援动车组或机车向被救援动车组输出3 AC 380 V/50 Hz交流电来满足被救援动车组的用电需求。CRH2A平台的原型动车组E2-1000系在头车前端部设有32芯连接器，用于向被救援动车组传输制动指令，并可向被救援动车组进行外部供电来满足被救援动车组的用电需求。CRH3平台的原型动车组Velaro-E和以CRH5平台的原型动车组Pendolino均采用自动式空气制动系统的动车组，可在被救援动车组无电时直接采用自动式空气制动机进行救援。中国高速动车组受限于引进动车组平台的技术限制，动车组之间相互救援和动车组被机车救援时严重制约了救援效率。为此，中国铁路总公司采取了一系列技术措施和管理措施，来保证动车组的高效救援，并在复兴号动车组通过采用一系列措施解决了互联互通问题。

1 国外动车组制动系统及救援技术

欧洲干线动车组制动系统由于UIC 541-5等标准要求和原TSI法规的强制要求，普遍采用自动式空气制动系统。欧洲市域动车组和地铁、日本新干线动车组等制动系统，不受TSI法规的强制要求和UIC 541-5等标准要求，通常采用直通式电空制动系统。

1.1 德国动车组制动系统及救援技术

德国在1985年就开始研制高速动车组,目前为止已研制出ICE系列的多款车型。ICE动车组从1985年的ICE/V试验型动车组、1990年的ICE1到1992年的ICE2均为动力集中型的动车组,1997年的ICE3为动力分散型动车组，2017年12月正式运营的ICE4是德国第一个采用直通电空技术的动力分散型动车组。ICE系列动车组均采用自动式空气制动机用于救援。

表1 德国高速动车组制动系统

1.2 法国动车组制动系统及救援技术

法国TGV系列高速动车组的第1代TGV-PSE型动车组采用电气指令式自动电空制动系统，第2代TGV-A、第3代TGV-Duplex、第4代AGV型动车组均采用自动式电空制动系统。TGV系列动车组均采用自动式空气制动机用于救援。

表2 法国高速动车组制动系统

1.3 日本动车组制动系统及救援技术

日本自1964年新干线开通以来，共研制了0系、100系、300系、500系、700系，以及E1、E2、E3、E4、E5、E6系等多款高速动车组，均采用直通电空制动系统，均无自动式空气制动机。采用动车组或专用机车救援，可利用车前端连接器供电和传递制动指令。

表3 日本高速动车组制动系统1

表4 日本高速动车组制动系统2

1.4 其他国家动车组制动系统及救援技术

庞巴迪公司于2009年开始研制的Zefiro 250(CRH1E原型动车组)、Zefiro 300(主要面向欧洲市场)以及Zefiro380(CRH380D原型动车组)动车组均采用微机控制直通式电空制动系统，均无自动式空气制动机。动车组设有救援转换装置，可在机车救援时将机车的列车管减压量转换为电气制动指令。

美国Acela Express动车组是庞巴迪和阿尔斯通联合为全美铁路客运公司(Amtrak)研制的高速摆式动力集中动车组，2000年12月投入运营，使用了第3代TGV的牵引系统和微机控制自动式电空制动系统。

捷克铁路有4种动车组装备了直通电空制动系统，英国干线高速动车组采用直通电空制动系统，救援均采用自动式空气制动机。

2 CRH平台原型动车组制动系统及救援技术

CRH平台各原型动车组在继承电空制动系统原理和设计的基础上，针对动车组被救援工况均从整车定位和制动系统原理等角度出发，通过配置自动式空气制动机、或相互传输制动指令、或完善列车供电管理、或采用外部供电等多个方面，进行系统化的设计，来保证动车组能够被机车或者动车组高效救援。

2.1 CRH1原型动车组制动系统及救援技术

CRH1型不锈钢车体动车组以瑞典Regina C2008型动车组为原型动车组进行研制。Regina动车组由两节带司机室的动车或两个司机室动车中间加一辆拖车构成，可重联运行，1998年首次投入使用，应用于瑞典的区域通勤线路。

Regina动车组采用微机控制的直通电空制动系统，设有救援转换装置，可将救援动车组或机车的BP管减压量转化为电气制动指令。救援动车组时，救援转换装置可通过排空BP管压力输出紧急制动指令，无常用制动指令输出。此外，动车组头车前端部设有外供电连接器，可由救援动车组或机车向被救援动车组输出3 AC 380 V/50 Hz交流电。被救援动车组在外供电模式下自动减载运行，应急通风、应急照明等正常工作，制动系统等所有低压系统均可正常工作。

2.2 CRH2原型动车组制动系统及救援技术

CRH2A型动车组的原型动车组为日本新干线E2-1000系动车组。E2-1000系动车组采用微机控制的直通电空制动系统，无自动式空气制动机及救援转换装置。E2-1000系动车组头车前端部设有32芯连接器，用于被动车组或机车救援时进行DC 100 V供电、传递常用制动和紧急制动指令，并可连接与制动系统相关的列车安全环路。

用于救援动车组的内燃机车，除设有常规的自动式电空制动机外，还设有对应高速列车的直通式电空制动机，可向被救援动车组供电和输出制动指令。

2.3 CRH3原型动车组制动系统及救援技术

CRH3型动车组的原型动车组是西门子公司的Velaro-E型动车组，该动车组是西门子为西班牙马德里-巴塞罗那高速铁路研发的动车组，采用微机控制的自动式空气制动机，可在无电工况下被动车组或机车救援。

2.4 CRH5原型动车组制动系统及救援技术

CRH5型动车组的原型车是阿尔斯通公司以Pendolino平台为芬兰铁路开发的SM3型动车组，该动车组采用微机控制的自动式空气制动机，可在无电工况下被动车组或机车救援。

3 CRH平台动车组制动系统及救援技术

国内CRH平台动车组引进之初，针对中国采用微机控制的直通式电空制动系统、动车组能够被机车救援的顶层要求，进行了相关的设计改进和优化。

3.1 CRH1型动车组制动系统及救援技术

CRH1A型动车组采用与原型车一致的微机控制直通式电空制动系统，未配备自动式空气制动机，在头车配置有BP救援转换装置。针对救援动车组时仅能输出紧急制动指令的问题，统型动车组采用了BP救援转换装置，可输出各级常用制动指令对应的列车BP减压量。

3.2 CRH2型动车组制动系统及救援技术

CRH2A型动车组采用与原型车一致的微机控制的直通式电空制动系统，未配备自动式空气制动机。但在头车配置救援转换装置，可将救援机车或动车组的BP管减压量变换为电气制动指令，控制被救援动车组常用制动施加及缓解。统型动车组采用的BP救援转换装置，可输出各级常用制动指令对应的列车管减压量。

3.3 CRH3/CRH5型动车组制动系统及救援技术

CRH3型动车组采用微机控制的直通式电空制动系统，同时设置自动式空气制动机。自动式空气制动机可由机车或设置列车管的动车组操纵控制，列车管的额定压力为600 kPa。

此外，直通电空制动发生故障时，动车组可启动自动式空气制动机继续运行，这时需要操纵司机制动阀进行制动施加和缓解控制，限速80 km/h。司机制动阀共有3个位置：全制动位、中立位、缓解位；可以产生纯空气常用制动和紧急制动。

4 动车组救援及回送作业办法

在中国高速动车组大面积推广应用的情况下，为实现动车组之间相互救援以提升运用效率、减少动车组故障对线路运营秩序的影响，综合考虑各型CRH动车组之间的差异，中国铁路总公司制定了动车组救援及回送作业管理办法。

4.1 动车组救援作业办法

中国铁路总公司印发的《CRH系列动车组相互救援暂行作业办法》(铁总运〔2016〕37号)中规定，救援动车组能够控制被救援动车组常用制动时，整列救援列车无空气制动切除时救援限速120 km/h，有空气制动切除时救援限速60 km/h；救援动车组不能控制被救援动车组常用制动时，救援限速60 km/h。蓄电池电压限制如下：CRH1应在97 V以上、CRH2应在84 V以上、CRH3应在96 V以上、CRH5应在20 V以上，否则需停车充电，若不具备充电条件则切除空气制动。

4.2 动车组回送作业办法

对于无动力回送，中国铁路总公司印发的《动车组回送作业办法》(铁总运〔2014〕157号)中规定，制动可用时限速120 km/h，制动不可用时限速5 km/h。CRH3型动车组使用非统型过渡车钩无动力回送时，重联无动力回送限速80 km/h。CRH2型动车组无动力回送时间在2 h以内时，可使用机车直接连挂动车组的方式回送；无动力回送时间超过2 h，必须加挂能向蓄电池供电的回送过渡车。

5 复兴号动车组制动系统及救援技术

复兴号动车组采用微机控制的直通式电空制动系统，按互联互通要求满足相同速度等级的动车组可以实现重联运营、不同速度等级的动车组可以实现相互救援，未配备自动式空气制动机。为实现将救援机车或动车组的BP管减压量变换为电气制动指令，并将被救援动车组的电气制动指令转化为BP管减压量，在头车配置有统型BP救援转换装置。统型BP救援转换装置具有两种工作模式：气转电模式，可将救援动车组或机车BP管减压量转换为电气制动指令；电转气模式，可将救援动车组的电气制动指令转换为BP管减压量。

5.1 无自动式空气制动机动车组相互救援

两列动车组BP管连接，救援动车组的BP救援转换装置工作在电转气模式，被救援车辆的BP救援转换装置工作在气转电模式。

5.2 无自动式空气制动机动车组救援有自动式空气制动机动车组

两列动车组BP管连接，救援动车组BP救援转换装置工作在电转气模式，被救援动车组采用自动式空气制动机。

5.3 有自动式空气制动机动车组救援无自动式空气制动机动车组

两列动车组BP管连接，被救援动车组BP救援转换装置工作在气转电模式，救援动车组采用自动式空气制动机。

5.4 机车救援无自动式空气制动机动车组

机车与动车组BP管连接，被救援动车组BP救援转换装置工作在气转电模式。

6 国内动车组救援优化措施

目前国内各型动车组均采用微机控制的直通式电空制动系统，当动车组在救援过程中无电时空气制动不可用或系统功能降级，导致救援限速运行。为保证被救援动车组空气制动可用以提升救援效率，前提是BP救援转换装置和制动系统正常供电。

6.1 优化动车组供电管理策略

目前各型动车组供电管理策略差异较大，无法满足救援处置过程中的制动系统供电需求。新研制的动车组增加了蓄电池容量并完善了动车组蓄电池分级管理策略，以保证动车组被救援时空气制动可用为目标，合理设置最小负载并将救援用电设备连接动车组BD供电。

6.2 优化动车组自发电负载管理

动车组自发电功能主要在动车组回送、无高压供电等工况下，动车组被拖拽时为动车组交流辅助负载供电，并在辅助变流器和充电机工作后为动车组直流负载供电。新研制的动车组对与自发电相关的负载进行了单独分级管理，以保证被救援动车组自发电功能的可用性。

6.3 优化动车组外部供电管理

国内各型动车组外部供电的电压制式不统一，各型动车组外部供电的电压制式与机车供电的电压制式不统一，外部供电连接器形式及容量不统一，被救援动车组最小负载容量不统一，导致动车组之间相互救援时无法通过救援动车组向被救援动车组供电，动车组被机车救援时无法直接通过机车向被救援动车组供电。新研制动车组在外部供电情况下以保证动车组被救援时空气制动可用为目标，合理配置动车组负载容量，实现了动车组被救援时能够通过外部供电满足用电设备需求。

7 总 结

欧洲干线动车组制动系统普遍采用自动式空气制动系统，欧洲市域动车组和地铁、日本新干线动车组等制动系统普遍采用直通式电空制动系统，我国各型动车组均采用微机控制的直通式电空制动系统。针对既有动车组之间相互救援采取了一系列有效措施，新研制动车组在顶层设计时对救援相关要求一体化规划，有效的提升了国内各型动车组之间相互救援和回送效率。