電磁干擾引起兩萬噸重載組合列車不明原因發(fā)生懲罰制動及緊急制動的研究

張 濤

（大秦鐵路股份有限責(zé)任公司湖東電力機(jī)務(wù)段技術(shù)科，山西 大同 037000）

1 引言

2005年6月10日至2006年5月1日，在鐵道部的直接組織下，在大同機(jī)車廠完成了200臺SS4G機(jī)車的LOCOTROL系統(tǒng)加裝。為正式開行2萬噸組合列車提供數(shù)據(jù)支持及技術(shù)保障，2005年下半年，鐵道部組織太原局相關(guān)單位，在大秦線完成了24次LOCOTROL系統(tǒng)相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。2006年3月28日開始，大秦線正式開始了2萬噸列車的試運(yùn)行；到目前為止，2萬噸列車的日開行對數(shù)已增加到52對。SS4G型機(jī)車加裝LOCOTROL系統(tǒng)以后，頻繁發(fā)生不明原因的懲罰制動及緊急制動，嚴(yán)重影響2萬噸列車的安全。這給大秦線運(yùn)輸安全及運(yùn)輸組織帶來極大危害，也嚴(yán)重影響到2萬噸列車的安全開行。為了保證機(jī)車質(zhì)量，保證2萬噸列車的安全可靠運(yùn)行，大秦線SS4G機(jī)車LOCOTROL系統(tǒng)發(fā)生不明原因的懲罰制動及緊急制動的研究已迫在眉睫，必須盡快予以解決，從而提高系統(tǒng)整體的可靠性，提高機(jī)車質(zhì)量，來滿足運(yùn)輸安全及運(yùn)輸秩序的需要。

2 SS4G型電力機(jī)車多協(xié)議異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

LOCOTROL系統(tǒng)，又叫列車分布式動力控制系統(tǒng)。它是利用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，由主控機(jī)車對從控機(jī)車進(jìn)行牽引和空氣制動的同步控制，從而減小列車運(yùn)行中產(chǎn)生的縱向沖動，縮短空氣制動的排、充風(fēng)時間，減少列車在長大下坡道上運(yùn)行使用空氣制動的次數(shù)，確保兩萬噸列車的平穩(wěn)運(yùn)行。利用LOCOTROL同步控制技術(shù)，一臺主控機(jī)車通過無線傳輸?shù)男盘栕疃嗫梢酝娇刂?臺從控機(jī)車。SS4G機(jī)車LOCOTROL分布式動力系統(tǒng)由下列模塊組成：通信輸入輸出模塊（CIOM）、GSM－R車載通信單元（OCU）、無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（RDTE）、擴(kuò)展集成處理器模塊（X－IPM）、繼電器接口模塊（RIM）、電源接線盒（PJB）、擴(kuò)展列車接線接口模塊（XTIM）、列車線繼電器接口模塊（TRIM1、2、3）、司機(jī)室顯示模塊（LCDM）、電子制動閥（EBV）、CCBII。圖1、圖2為SS4G機(jī)車A、B節(jié)的LOCOTROL設(shè)備的基本架構(gòu)圖。

圖1 SS4G機(jī)車A節(jié)的LOCOTROL架構(gòu)圖

圖2 SS4G機(jī)車B節(jié)的LOCOTROL架構(gòu)圖

3 緊急、懲罰制動原因分析

通過對發(fā)生不明原因產(chǎn)生緊急制動、懲罰制動機(jī)車進(jìn)行分析，產(chǎn)生原因總結(jié)歸類如下：

3.1 IPM與CIOM通信丟失

在CIOM設(shè)備上電之后，機(jī)車進(jìn)入緊急制動。鑒定CIOM軟件存在以下問題：

（1）在CIOM初次上電時或者重啟后，與其相連的設(shè)備會進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化，IPM、RDTE、OCU不停的數(shù)據(jù)溢出導(dǎo)致CIOM連續(xù)重啟。

（2）機(jī)車在運(yùn)行模式下，當(dāng)RDTE、OCU與CIOM傳遞數(shù)據(jù)時，CIOM重啟則會引起CIOM陷入連續(xù)重啟中。

（3）一些緊急制動發(fā)生在RDTEB故障或者斷電以后。

通過實(shí)驗(yàn)室測試認(rèn)為XIPM和CIOM通信丟失是由 CIOM 重啟造成的。在 RDTEB故障或者RDTEB斷電造成+/- Recv 信號線開路之后 CIOM發(fā)生重啟，此時信號線如同天線一樣耦合干擾。

3.2 IPM與EPCU通信丟失

IPM與EPCU是通過LON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，LON網(wǎng)絡(luò)可靠性很高，分析數(shù)據(jù)顯示LON網(wǎng)絡(luò)通信受到電磁干擾造成數(shù)據(jù)通信丟失。

力圖在數(shù)據(jù)處理上作一些改變，可以減少通信中斷，從而通過更改軟件以增強(qiáng)LON網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性。

4 電纜布線檢查以及電磁干擾測試

4.1 電纜布線檢查及測試綜述：

通過對出現(xiàn)緊急制動、懲罰制動機(jī)車PTU日志分析，確認(rèn)故障出現(xiàn)在機(jī)車離開分相區(qū)并且主斷閉合時。且查看 DP和空氣制動記錄發(fā)現(xiàn)故障出現(xiàn)時，LOCOTROL系統(tǒng)某一模塊XIPM、BIPM、或CION進(jìn)行了重啟。監(jiān)測XIPM、BIPM和CIOM的信號接口，發(fā)現(xiàn)有反?；蛩查g信號導(dǎo)致系統(tǒng)重啟，并且在A－B端之間重聯(lián)電纜BIPM到CIOM電纜、CIOM到RDTE－B電纜上發(fā)現(xiàn)了大幅值的瞬間信號。檢查部分機(jī)車發(fā)現(xiàn)BIPM到CIOM的電纜懸掛在高壓室區(qū)域的電纜槽之外，并且非?？拷鲾嗦菲鞯街髯儔浩鞯母邏吼伨€?；跈C(jī)車A－B節(jié)兩端電纜上存在的大幅瞬間信號，檢查并測試了這些電纜的屏蔽，確定了一個最佳屏蔽方案，同時重新將電纜放置到電纜槽內(nèi)并且盡量遠(yuǎn)離高壓饋線，大大減少了重啟的概率。

4.2 具體電纜檢查及電磁干擾測試內(nèi)容

（1）電纜檢查

A端CIOM、B端BIPM、RDTE電纜在機(jī)車上安裝如圖3所示，檢查A 端CIOM到B端BIPM和RDTE的電纜布線發(fā)現(xiàn)B-UNIT RDTE的 CA200035-24電纜到A端CIOM上CA200034-29電纜沒有接到車體的屏蔽線。

圖3

檢查部分機(jī)車發(fā)現(xiàn)BIPM到CIOM的電纜懸掛在高壓室區(qū)域的電纜槽之外，并且非常靠近從主斷路器到主變壓器的高壓饋線，如圖4所示。

（2）電磁干擾測試內(nèi)容

1）測試機(jī)車選擇

選擇曾出現(xiàn)過緊急制動、懲罰制動的機(jī)車6136、0882、7139、7148和 7128作為測試機(jī)車。這些機(jī)車在A或B端進(jìn)行操縱，閉合主斷時，出現(xiàn)BIPM、CIOM重啟、BIPM與CIOM通信丟失，造成機(jī)車進(jìn)入緊急制動或懲罰制動。

圖4

2）電磁干擾信號測量

主斷閉合時，在BIPM輸入端測量來自CIOM的數(shù)據(jù)信號，瞬間噪聲波形如圖5，此瞬間噪聲＜200Vp-p。

當(dāng)BIPM重啟時，在BIPM輸入信號中測量到如圖6瞬間噪聲信號，此噪聲信號＞300Vp-p。

主斷閉合時，在 CIOM輸入端測量來自BIPM的數(shù)據(jù)信號，瞬間噪聲的波形如圖 7，此瞬間噪聲約 400Vp-p。

圖5

圖6

圖7

主斷閉合時，在CIOM輸出端測量Key B信號，瞬間噪聲的波形如圖8所示，此瞬間噪聲信號約200Vp-p。

（3）測試結(jié)論

1）主斷閉合時，會出現(xiàn)較大的空載合閘電流，這個電流將產(chǎn)生一個幅值較大的瞬間信號。

2）這個較大的瞬間信號將耦合到?jīng)]有正確屏蔽的電纜。

3）XIPM、BIPM或CIOM的重啟是由于BIPM到CIOM電纜、RDTE－B到CIOM電纜終端屏蔽

沒有做到最優(yōu)，從而最小化瞬間信號到電纜的耦合。

圖8

5 A－B端電纜更改方案及更改后電磁干擾信號測量

5.1 A－B端電纜更改方案

更改方案如圖9所示，對機(jī)車B端RDTE連接CIOM的通信電纜進(jìn)行360度屏蔽處理，將貫通電纜金屬外屏蔽網(wǎng)與接頭連接，連接處用銅箔帶纏繞包裹，打膠，用熱縮套管固定，電纜兩端接頭接地到車體；B端BIPM到A端CIOM的通信電纜兩端接頭接地到車體；在機(jī)車A、B端車體之間連接貫通電纜；同時嚴(yán)格按車上布線方案進(jìn)行布線，將電纜放置到電纜槽內(nèi)并且盡量遠(yuǎn)離高壓饋線。

5.2 A－B端電纜更改后電磁干擾信號測量

主斷閉合時，在 BIPM輸入端測量來自CIOM的數(shù)據(jù)信號，瞬間噪聲的波形如圖10所示，此瞬間噪聲＜100Vp-p。

主斷閉合時，在 CIOM輸入端測量來自BIPM的數(shù)據(jù)信號，瞬間噪聲的波形如圖11所示，此瞬間噪聲約150Vp-p。

主斷閉合時，在CIOM輸出端測量Key B信號，瞬間噪聲的波形如圖12所示，此瞬間噪聲信號約＜100Vp-p。

圖10

圖11

圖12

5.3 電纜屏蔽測試數(shù)據(jù)總結(jié)

電纜屏蔽測試數(shù)據(jù)總結(jié)如表1所示。

表1

5.4 測試結(jié)論

按照A－B端電纜更改方案如圖9所示，對機(jī)車 LOCOTROL電纜進(jìn)行屏蔽接地，可以最小化瞬間信號到電纜的耦合。從A端到B端的電纜布線應(yīng)盡最大可能遠(yuǎn)離高壓區(qū)并放入機(jī)車電纜槽內(nèi)可以最大程度降低機(jī)車對電纜的噪聲干擾。

6 結(jié)論

LOCOTROL系統(tǒng)受電磁干擾以及軟件設(shè)計存在缺陷是 2萬噸重載列車不明原因發(fā)生緊急制動/懲罰制動的主要原因，通過對 LOCOTROL系統(tǒng)BIPM、CIOM、EPCU進(jìn)行軟件升級，CIOM 模塊與RDTE-B電臺連接電纜進(jìn)行360度屏蔽，機(jī)車A、B節(jié)共地、LOCOTROL系統(tǒng)各模塊保證自身接地良好等措施，提高了 LOCOTROL系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。通過以上措施，2萬噸列車緊急/懲罰制動從2008年的298件降低到了2009年67件，保證了大秦線運(yùn)輸安全，提高了運(yùn)輸組織效率。

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