CTCS3-300T列控車載設(shè)備測(cè)速測(cè)距抗干擾的研究

賈云光

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

CTCS3-300T列控車載設(shè)備測(cè)速測(cè)距抗干擾的研究

賈云光

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

重點(diǎn)針對(duì)CTCS3-300T列控車載設(shè)備在列車運(yùn)營(yíng)當(dāng)中存在測(cè)速測(cè)距受到干擾時(shí)導(dǎo)致停車的問(wèn)題進(jìn)行分析及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，從理論上進(jìn)行驗(yàn)證，并據(jù)此提出可行的解決措施。

CTCS3-300T；ATP；測(cè)速測(cè)距；ODO無(wú)服務(wù)；受電弓

圖1 速度傳感器測(cè)速原理示意圖

1 背景介紹

測(cè)速測(cè)距單元在ATP系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，主要用于精確測(cè)量列車的速度，是ATP設(shè)備進(jìn)行列車安全防護(hù)的基礎(chǔ)，為了保證速度的可靠性，在CTCS3-300T設(shè)備中安裝2套速度傳感器和雷達(dá)，這2套設(shè)備分別安裝于車體和車輛轉(zhuǎn)向架上。由于高速動(dòng)車電磁環(huán)境的復(fù)雜性，使得列車在運(yùn)行到某些場(chǎng)合時(shí)，出現(xiàn)2套速度傳感器同時(shí)測(cè)速故障，導(dǎo)致列車停車，從而對(duì)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生影響，因此，解決好測(cè)速測(cè)距的干擾問(wèn)題至關(guān)重要。

2 原理介紹

CTCS3-300T車載設(shè)備使用2個(gè)雙通道霍爾速度傳感器進(jìn)行測(cè)速。速度傳感器安裝于輪軸的測(cè)速端蓋上，通過(guò)齒輪齒隙變化引起磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化產(chǎn)生脈沖來(lái)計(jì)算列車運(yùn)行速度，如圖1所示。

為了實(shí)現(xiàn)霍爾傳感器對(duì)速度方向的判斷，霍爾速度傳感器的測(cè)速探頭安裝2個(gè)霍爾元件，用于產(chǎn)生兩路脈沖，由于2個(gè)霍爾元件分別安裝在速度傳感器探頭的兩個(gè)位置，因此，2個(gè)霍爾元件產(chǎn)生的脈沖會(huì)因齒輪的旋轉(zhuǎn)方向而產(chǎn)生相位差。制造時(shí)，通過(guò)合理放置霍爾元件可以使得2個(gè)霍爾元件的輸出脈沖產(chǎn)生90°的相位差。如圖2所示，當(dāng)脈沖超前于90°時(shí)，方向?yàn)檎?；反之為反向。正常情況下，兩路轉(zhuǎn)速脈沖相位差為90°。

圖2 速度信號(hào)相位差

速度傳感器將獲得的脈沖發(fā)送至SDU單元，處理后轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)據(jù)發(fā)給SDP模塊。

ATP根據(jù)每個(gè)速度傳感器的2個(gè)通道中信號(hào)的相位差來(lái)判斷列車運(yùn)行方向。當(dāng)2路SDU同時(shí)故障、2臺(tái)速度傳感器同時(shí)故障或者2臺(tái)速度傳感器同時(shí)受到干擾導(dǎo)致其信號(hào)不可用時(shí)，ATP車載無(wú)法判斷列車運(yùn)行方向，就會(huì)報(bào)告ODO無(wú)服務(wù)故障，導(dǎo)致ATP故障停車。

CTCS3-300T車載的測(cè)速測(cè)距子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ATP測(cè)速差距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 故障原因分析及查找

3.1 故障原因

下邊log語(yǔ)句為測(cè)速測(cè)距故障導(dǎo)致停車時(shí)的故障語(yǔ)句，其中“Q_ODOSAFE report NOSERVICE”表示測(cè)速不可用。

發(fā)生ODO無(wú)服務(wù)故障主要原因：1）SDU單元受到干擾；

2）速度傳感器本身有問(wèn)題；

3）SDU檢測(cè)來(lái)自速度傳感器的輸入脈沖（PLD1+PLD2）有大量的噪音，導(dǎo)致2個(gè)SDU單元同時(shí)報(bào)告無(wú)效的方向超過(guò)1s，此時(shí)ATP信息不夠安全，因此會(huì)導(dǎo)致ATP停車。

鑒于大部分ODO故障在重啟ATP后消失，因此可以排除速度傳感器本身故障導(dǎo)致的問(wèn)題。因此，外部環(huán)境的干擾是導(dǎo)致速度傳感器ODO無(wú)服務(wù)故障的原因。

3.2 案例分析

為了找到ODO干擾的途徑及原因，對(duì)ODO故障發(fā)生時(shí)的特點(diǎn)及周邊因素進(jìn)行綜合考慮，最終發(fā)現(xiàn)ODO無(wú)服務(wù)故障主要跟司機(jī)使用受電弓的情況及列車運(yùn)行的區(qū)段有關(guān)系，表1所示為某段時(shí)間內(nèi)選取的ODO故障典型案例。

圖4顯示為某次ODO故障時(shí)，當(dāng)時(shí)列車正通過(guò)分相區(qū)，且受電弓采用前弓運(yùn)行。

圖4中，OLV_out_Vol表示列車弓網(wǎng)電壓的波動(dòng)，脈沖形式表示列車正在使用前弓運(yùn)行，MainCBOff表示列車當(dāng)前處于斷開主斷，正處于分相區(qū)處。

表1 某段時(shí)間ODO無(wú)服務(wù)故障典型案例

圖4 JRU分析記錄截圖

3.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

為了進(jìn)一步確認(rèn)速度傳感器故障與受電弓狀態(tài)及分相區(qū)的關(guān)系，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)頻發(fā)故障的CRH3-3062動(dòng)車進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)波形進(jìn)行了記錄。

3.3.1 測(cè)試內(nèi)容

1）高速動(dòng)車組使用前弓（車輛受電弓）運(yùn)行，列車過(guò)分相時(shí)，速度傳感器的受干擾情況，連續(xù)測(cè)量3個(gè)分相區(qū)。

2）該車使用后弓運(yùn)行，并通過(guò)3個(gè)分相區(qū)時(shí)，故障的發(fā)生情況。

3.3.2 測(cè)試結(jié)果

1）干擾情況

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)車輛的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在列車前弓運(yùn)行過(guò)分相時(shí)，速度傳感存在明顯干擾，如圖5所示。

圖5 波形記錄器顯示ODO無(wú)服務(wù)時(shí)的干擾情況

2）使用前弓和后弓過(guò)分相的對(duì)比分析

司機(jī)使用前弓經(jīng)過(guò)分相區(qū)時(shí)，均發(fā)生ODO無(wú)服務(wù)故障；在改用后弓運(yùn)行時(shí)，未發(fā)生ODO無(wú)服務(wù)故障。表2所示為3062車在廣州—韶關(guān)分別使用前弓運(yùn)行和后弓運(yùn)行且通過(guò)分相區(qū)時(shí)故障情況。

表2 使用前弓和后弓過(guò)分相區(qū)時(shí)ODO故障情況

從以上測(cè)試確定了ODO無(wú)服務(wù)故障與車輛受電弓的狀態(tài)及分相區(qū)的關(guān)系。

4 理論分析

為了進(jìn)一步研究車輛升前弓與升后弓的區(qū)別，將車輛的受電弓到車輪接地進(jìn)行研究，找到兩者的差別，為進(jìn)一步的措施找到依據(jù)。

4.1 受電弓電路模型

車輛前受電弓、后受電弓簡(jiǎn)化的電路如圖6所示。在前受電弓工作時(shí)，后受電弓不工作；在后受電弓工作時(shí)，前受電弓不工作。每個(gè)受電弓升弓受電時(shí)，均通過(guò)4個(gè)車輪接地。

圖6 車輛受電弓接地模型圖

使用1端ATP工作時(shí)，對(duì)應(yīng)為2車的速度傳感器；使用8端ATP時(shí)，對(duì)應(yīng)為7車的速度傳感器。

本節(jié)均假設(shè)使用1端ATP，司機(jī)室為1端占用。則2車的受電弓為前弓，7車的受電弓為后弓。

4.2 等效電路模型

上述受電弓電路模型可以簡(jiǎn)化為如圖7所示電路模型，本電路模型只做簡(jiǎn)化計(jì)算，為故障查找提供定型分析，因此忽略了電感電容的影響。

圖7 車輛受電弓簡(jiǎn)化模型電路

假設(shè)通過(guò)前弓的電流為I1，通過(guò)后弓的電流為

I2。

4.3 計(jì)算分析

I1為流過(guò)前弓的電流。

由于兩車電纜、牽引變壓器等設(shè)備相同，電路中R1=R2；

可以得出：

因此可以看到，在不考慮電路電感及電容因素的情況下，前弓通過(guò)的電流大于后弓的電流。

在考慮瞬態(tài)情況下，其通過(guò)的電流也高于后弓通過(guò)的電流，其所造成的干擾會(huì)大于后弓所產(chǎn)生的干擾。

從上述中可以看出，當(dāng)R越大時(shí)，I1越大，所造成的瞬間干擾越大，由于R為從2車到7車將近120m長(zhǎng)電纜組成，其中包含若干接插件。任何瞬間的接觸不良都有可能造成R的增加[1，2,3]。

5 解決措施

根據(jù)電磁兼容理論，電磁干擾的3要素是：電磁干擾源、耦合途徑及敏感設(shè)備[4，5]，因此解決電磁兼容問(wèn)題只能從這3個(gè)方面入手。

1）提高敏感設(shè)備的抗干擾能力；

2）切斷耦合路徑；

3）降低干擾源的噪聲。

在本次問(wèn)題研究中，速度傳感器為敏感設(shè)備，干擾源為受電弓引起的接地回流，耦合路徑為空間干擾。

5.1 提高速度傳感器抗干擾能力

提高速度傳感器的抗干擾能力，為此選擇了干擾能力更強(qiáng)的B型速度傳感器，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)試確認(rèn)了新B型速度傳感器抗干擾能力好于既有的A型速度傳感器，如圖8、9所示。

5.2 變更速度傳感器安裝位置

通過(guò)將速度傳感器安裝在遠(yuǎn)離接地回流單元的軸端可以切斷干擾路徑，并且遠(yuǎn)離干擾源。目前，該措施已經(jīng)在新出廠的CRH380B型車上進(jìn)行試驗(yàn)安裝，到目前為止未出現(xiàn)該故障。

如圖10所示，右圖為速度傳感器的既有安裝位置，左圖為沒(méi)有接地回流線的安裝位置。

5.3 盡量使用后弓運(yùn)行

圖8 既有速度傳感器過(guò)分相時(shí)的波形

圖9 換型后速度傳感器過(guò)分相時(shí)的波形圖

圖10 更換位置前后接地回流線回流對(duì)比

為了降低干擾源的干擾，在列車運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)使用后弓運(yùn)行可有效降低ATP的ODO無(wú)服務(wù)的故障。

6 總結(jié)

通過(guò)對(duì)速度傳感器原理的分析及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，找出導(dǎo)致ODO無(wú)服務(wù)故障的原因及干擾源。同時(shí)，根據(jù)對(duì)干擾源進(jìn)行模型化的理論分析，確認(rèn)了升前弓導(dǎo)致測(cè)速差距故障的原因，并據(jù)此提出一些可行的措施，且進(jìn)行了驗(yàn)證。

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[4] 楊克俊.電磁兼容原理與設(shè)計(jì)技術(shù)[M].2版.北京：人民郵電出版社，2011.

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Due to interference to the speed and distance measuring unit of CTCS-300T onboard equipment, the train will brake. For solving the problem of interference, the paper presents the analysis and fi eld testing contents with theoretical verifi cation, and puts forward the feasible measures based on the analysis and testing.

CTCS3-300T; ATP; speed and distance measuring; ODO without service; pantograph

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.02.002

2014-04-30）

鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃（BK-2012X001)