薛文敏
(中國鐵路南昌局集團有限公司福州動車段,福州 350001)
2019年福州動車段運用中發(fā)生多件CRH1A型動車組輪徑不合格故障,通過輪徑校準后大部分故障能立即消除,但是少數(shù)件因校正不成功導(dǎo)致動車組牽引缺失,造成限速運行。為分析故障原因,文中從動車組輪徑校準原理入手,綜合故障數(shù)據(jù)進行分析,并提出防范的措施,減少對運輸秩序的干擾。
CRH1A型動車組的輪徑值分別存儲在列車診斷系統(tǒng)和PCU(Propulsion Control Unit,牽引控制單元)內(nèi),當(dāng)PCU內(nèi)存儲的輪徑值與BCU(Brake Control Unit,制動控制單元)內(nèi)各傳感器計算出的輪徑值存在較大差異時,PCU會反饋一個“需要進行輪徑校準”的信號給列車控制系統(tǒng),并顯示在IDU(Intelligent Display Unit,智能顯示單元)上,司機通過IDU上的輪徑校準按鈕實施輪徑校準。
根據(jù)CRH1A型動車組輪徑校正設(shè)計邏輯,以下2項其中任意一項滿足條件,動車組IDU根據(jù)系統(tǒng)測算結(jié)果提示“需要進行輪徑校準”,如圖1所示[1]。
圖1 輪徑校正的邏輯原理圖
(1)動車組的列車控制系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)內(nèi)存儲的輪徑值超出范圍(835~925 mm,其中915 mm為默認輪徑值)。
(2)動車組防滑功能未激活情況下,同一單元組內(nèi)最大—最小速度的差值>6 km/h。
動車組實施校準后,系統(tǒng)會重新計算一個新的輪徑值存入PCU內(nèi),系統(tǒng)根據(jù)校準后寫入的輪徑值重新計算列車速度,此時如果同一單元組內(nèi)計算出的最大速度與最小速度的差值<3 km/h,“需要進行輪徑校準”提示信息會自動結(jié)束。
IDU會彈屏報B類警報對司機進行提示,“當(dāng)前故障”按鈕的顏色變?yōu)辄S色對司機再次提示,司機點擊后可進行問題查詢,查詢界面如圖2所示。
圖2 動車組IDU顯示的故障界面
根據(jù)CRH1A型動車組軟件設(shè)計原理,CRH1A型動車組在運行過程中,需要完成輪徑校正并取得成功,必須同時滿足以下條件:
(1)動車組處于平直線路上。
(2)GPS速度信號有效。
(3)30 km/h<速度<130 km/h。
(4)惰行30 s。
由于以上因素,存在的問題:因校準起始速度較低(30 km/h),在低速過彎道(如進出站)時,動車組頻繁進行輪徑校準;受線路環(huán)境影響,在輪徑校準實施過程中,因校準計算的輪徑值與實際輪徑值出現(xiàn)較大偏差,報出多個MCM(Motor Converter Module,電機變流器模塊)輪徑不合格和防滑故障。
進行輪徑校正步驟:司機點擊IDU上的“輪徑校準”按鈕,按鈕被按下后由黑色變?yōu)榛疑?,待輪徑校準結(jié)束后,按鈕顏色由灰色恢復(fù)成黑色,如圖3所示。
圖3 進行輪徑校正的步驟
輪徑值校正異常最終經(jīng)常伴隨著OVP(Over-Voltage Protection,過電壓保護)電阻過熱現(xiàn)象,OVP電阻器的作用是保護變流器模塊中間直流環(huán)節(jié)。當(dāng)直流環(huán)節(jié)電壓超過1 900 V時,MCM(電機控制單元)啟動斬波功能,通過OVP電阻器消耗直流環(huán)節(jié)多余能量、當(dāng)直流環(huán)節(jié)電壓低于1 840 V時,關(guān)閉MCM斬波功能。
無論牽引還是制動,系統(tǒng)軟件都需計算出所需的牽引力/制動力,并將所需的牽引力/制動力發(fā)送給MCM,MCM計算出相應(yīng)的扭力值,系統(tǒng)設(shè)定的計算公式為式(1):
通過公式可以看出MCM計算的扭力值與輪徑值相關(guān),如果控制單元內(nèi)存儲了錯誤的輪徑值將直接導(dǎo)致MCM輸出不對應(yīng)的扭力值。輪徑值偏大會導(dǎo)致MCM計算所需扭力值偏大,所以在MCM輸出牽引力/制動力時實際輸出功率比需求功率偏高,導(dǎo)致MCM反向傳輸至中間直流環(huán)節(jié)上的電壓值偏高,此時需要從OVP電阻器發(fā)熱消耗多余功率,最終引起OVP電阻器溫度超溫。
MCM模塊通過斬波次數(shù)結(jié)合變流器的工作環(huán)境計算OVP電阻溫度,當(dāng)短時間內(nèi)OVP啟動次數(shù)過多時,MCM報出“OVP電阻器溫度高”或“OVP電阻器過熱”故障[2]。當(dāng)列車報出“OVP電阻器過熱”故障時,變流器中間直流環(huán)節(jié)就失去“過壓保護功能”,此時列車為了保護變流器模塊,會通過斷開主斷路器來起到進一步保護作用,最終導(dǎo)致動車組牽引缺失、速度限制,影響動車組正常運行。
2020年5月26日12時30分,某次車(CRH1AA動車組)在其運行區(qū)間,隨車機械師發(fā)現(xiàn)03車報“需要進行輪徑校準”,通知司機輪徑校準未成功,通過持續(xù)的輪徑校正操作后,12時41分發(fā)車后輪徑校準成功,影響本列在該區(qū)間運緩3 min,如圖4所示。
圖4 故障數(shù)據(jù)
查看2020年05月26日輪對故障動態(tài)檢測系統(tǒng)中CRH1A-A動車組過車記錄,發(fā)現(xiàn)報出故障單元(01-03車)輪徑值均在規(guī)定限度內(nèi),同轉(zhuǎn)向架輪徑差符合要求(其中動車同轉(zhuǎn)向架輪徑差≤5 mm,拖車同轉(zhuǎn)向架輪徑差≤10 mm),如圖5所示[3]。
圖5 動車組通過LY檢測數(shù)據(jù)
查看CRH1A-A歷史旋修記錄,CRH1A-A動車組于2020年1月18日在某動車所完成輪對旋修,報出故障單元(01-03車)上一次旋修記錄輪徑值與最近輪徑值相差最大為0.83 mm,最小為0.3 mm,輪徑值變小為正常運用磨耗。
故障發(fā)生時刻動車組運行于K1 205+000~K1 227+365區(qū) 間。通 過 調(diào) 閱DMS線 路 數(shù) 據(jù)發(fā)現(xiàn),在進行輪徑校正的區(qū)間坡道情況:K1 205~K1 209區(qū) 間 坡 度 為3‰,K1 209~K1 215區(qū)間坡度為-5‰,K1 216~K1 217區(qū)間坡度為5‰,K1 217~K1 220區(qū)間坡度為-4‰,K1 223~K1 226區(qū)間坡度為3‰,K1 226~K1 228坡度為1‰,該區(qū)段不是平直道存在坡道,影響動車組正常輪徑校準,如圖6所示。
圖6 線路坡度情況
通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)區(qū)間經(jīng)過5個區(qū)段:隧道①—特大橋①—特大橋②—隧道②—隧道③,動車組在隧道內(nèi)運行GPS信號弱導(dǎo)致無法準確的進行定位測算,如圖7所示。
圖7 通過線路隧道情況
查看車載數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)線上執(zhí)行輪徑校準時動車組速度值為112 km/h,符合校準速度值要求。但是各個單元組的CCU獨自進行輪徑校準(輪徑校準時間需要30 s),3個單元組輪徑校準無法做到完全同步,會有1~3 s的時間差,司機看到“輪徑校準”按鈕顏色由灰色變黑色和提示Mc1/Md單元組“輪徑校準”成功后,誤認為所有單元組“輪徑校準”都已完成,直接提速行車了,導(dǎo)致輪徑校正未真實完成,如圖8所示。
圖8 列車速度和GPS信號情況
綜合以上分析,判斷為區(qū)間受線路坡道及隧道影響,同時在操作上無法滿足輪徑校正的條件,未及時完成輪徑校準,導(dǎo)致動車組牽引動力丟失,影響正常的運行速度。
CRH1A型動車組報出輪徑故障后,應(yīng)及時進行輪徑校正以消除故障。輪徑校準方法為:在平直的開闊區(qū)間(隧道除外),車速在30~130 km/h之間,惰行維持30 s進行校準至動車組IDU上顯示校準完成。校準完成后繼續(xù)運行,若校準后仍報輪徑超差,則說明輪徑超差限度已超出輪徑校準范圍,需要維持運行入庫處置[4]。
人工復(fù)核輪對故障檢測系統(tǒng)的預(yù)警和報警數(shù)據(jù),進一步判別動車組是否需要旋輪或更換輪對。換輪或旋輪后,確認輪徑數(shù)據(jù)并根據(jù)輪徑調(diào)整動車組內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)。
為避免系統(tǒng)頻繁自動進行輪徑校準,減輕對運營秩序的影響,通過聯(lián)合主機廠研究,CRH1A型動車組在新版軟件升級后IDU界面增加“輪徑校準”按鈕進行手動控制。同時將校準的起始速度由30 km/h提高到90 km/h,便于司機的操作。當(dāng)主控單元組的CCU收到IDU指令后,通過網(wǎng)絡(luò)控制總線將該指令傳遞到其他單元組的單元控CCU,單元控CCU對此命令進行記憶,在滿足條件時,會自動執(zhí)行“輪徑校準”功能。
一是將IDU“輪徑校準”按鈕顏色復(fù)位功能(由灰色變黑色),由任一單元組“輪徑校準”成功即可復(fù)位改為需要所有單元組“輪徑校準”成功。二是對輪徑存儲時間增加3 s延時,存儲后再報出“輪徑校準已完成”,避免因系統(tǒng)延遲導(dǎo)致頻繁操作。
為保障內(nèi)部默認數(shù)據(jù)的準確性,在更換輪對、輪對旋修后,或者CCU被初始化、更換后,及時通過專業(yè)軟件工具TDS-Uploader和DCUTerm將輪徑值寫入動車組系統(tǒng)內(nèi)CCU,確保系統(tǒng)默認的輪徑值處于正常情況。
輪徑校正需要動車組處于平直線路上和GPS速度信號有效,對線路要求高,目前我段采集運行動車組主要線路共42處適合進行輪徑校正的信息數(shù)據(jù),當(dāng)故障再次報出后可與司機溝通,在合適區(qū)段進行輪徑校準,提高輪徑校正的準確性。
文中通過CRH1A型動車組輪徑校準不成功問題進行分析,結(jié)合近期典型案例剖析,查找該型動車組軟件上存在的不足并提出優(yōu)化的建議,有效的提高輪徑校正的成功率,保障了運營秩序。