摘要：在动车组运行时,动车组的逻辑控制电路发生的故障可以分为两种类型:一种是较长时间稳定的故障,如:电气接线断路、电气接线绝缘破损造成的接地、继电器线圈开路等;另一种是随机、瞬时出现的故障,如:继电器触点接触不良、长期震动使连接导线松脱等原因造成的接触不良或活接地、各类由于浪涌电压或感应电势的瞬时干扰信号造成的误动作等。对于第一类故障,目前已经有了比较成熟的检测方法与检测设备。但是对于第二种随机、瞬时出现的故障,由于故障具有随机性、突发性和瞬时性,并且在故障事后很难在检修库中再重现该类故障,因此,查找该类故障点的难度很大。
关键词：动车组；故障；检测
高速铁路已经成为了当前重要的交通。随着高速铁路的运营里程不断地增加，动车组开发运行的量也因此不断地增加，动车检修工作的任务也会因此增加。动车的检修也正朝着更高的方向发展。因此，动车的高密度运行次数和运行的时间也在不断地增加。所以，从长远发展的角度来看，对动车组故障进行检修显得尤为重要。
1检测原理
计算机实时在线故障检测的原理是:针对动车组逻辑控制电路的电气拓扑结构建立数学模型。然后,根据数学模型的控制原理,在逻辑控制电路的关键节点实时采集控制信号,并对所采集的控制信号进行A/D转换、数据处理后,运用单片机的布尔运算器完成动车组牵引、制动控制逻辑运算,实现在线检测、故障判断功能并输出故障报警信号。
同时,可以通过串行通讯将所采集的数据发送到笔记本电脑,以便保存数据、进一步实现故障查找、故障诊断等功能。
在实时采集的控制信号中,存在感应电势造成的瞬时干扰信号。图1所示为CRH380A动车组低压电器柜中8号线和107号线上所测到的干扰信号实际波形。从图1中“A”、“B”两点可以观察到幅值为-230伏左右的尖脉冲。此类以尖脉冲形式的瞬时干扰信号幅值可达数百伏,脉冲时间为数十微秒到数毫秒之间。同时,在其它相邻的信号线上也检测到同样的尖脉冲干扰信号。若这些干扰信号加载到关键的控制信号线上,例如紧急制动控制信号152B线,就可能触发全车紧急制动,造成停车事故。
由于瞬时干扰信号幅值高、持续时间短,故必须在单片计算机A/D转换电路的前端设置高速信号采样保持电路(S/H电路),以便能捕捉到瞬时干扰信号并保持信号有足够的时间使单片机的A/D转换电路能完成转换并保证足够的转换精度。所以我们在计算机实时在线故障检测装置中设计了高速峰值信号采样保持电路用于捕捉尖脉冲。
在高速峰值信号采样保持电路中,C为采样电容。采样电容是采样保持电路中的关键元件,为了缩短采样保持电路的捕捉时间、提高采样保持电路的精度,我们选用了滞后系数、温度系数均较小的CBB电容(聚丙烯电容)。在综合考虑作为信号跟随器的集成运放A1的输出阻抗和A2的输入阻抗后,我们将C的容量选定为1000PF。
电路中D2阻止了采样电容C上的峰值信号电压在输入信号回落时被A1泄放。在本电路中增加了钳位二极管D1。D1的接入使得当输入信号回落时A1的输出电压被钳位在VinVD1这一较低的数值上,从而降低了D2的反向电压及反向漏电流,减少了采样保持电路的降压速率和孔径时间,提高了采样保持电路的精度。
T1、D3组成了采样电容C的放电复位回路,在开始采样前,T1的控制信号Vc触发导通T1,使采样电容C放电复位。
动车组随车故障检测装置以高性能嵌入式单片机(AT89S52)为控制核心,包括输入信号峰值采样电路、A/D转换电路、数据显示电路、声光报警电路、实时时钟电路、RS232串行通讯接口电路等各功能模块,组成了实时数据采集与信号处理系统。
随车故障检测装置的数据显示电路用于显示实时采集的逻辑控制电路信号,便于技术人员在现场通过读取相关信号状态监测动车组的运行状态。故障检测装置事先设定了动车组牵引、制动控制逻辑,当检测到动车组控制电路发生逻辑故障时,通过声光报警电路发出声光报警信号提示现场技术人员。
同时,单片机在实时采集动车组逻辑控制电路的关键节点控制信号后,加入日期和实时时间,然后按32个字节打包为一帧信息存入RAM存储器并通过RS232通讯接口输出。该数据可以上载到笔记本电脑中以便保存数据并可应用数据分析软件进行数据分析和故障查找。
在设计故障检测装置的电源电路时,考虑到在动车组车上的实际使用环境,为了使故障检测装置能适应各种工作场合,包括在车上以及在动调库内调试的需要,我们设计了能适应多种电源输入的多功能电源。从而使得记录仪可以适用于包括直流24伏、直流100伏、交流220伏等不同工作现场所提供的电源。
2实际检测案例
本文具体分析计算机实时检测的具体使用步骤。在实际检测的过程中，可以先将研发的动车组故障检测装置和多功能的记录仪相互配合，并有效地测量动车组牵引装置控制回路中的相关信号。而随车故障检测装置能够实现长时间的监测，并更好地记录电平的变化，并有效地捕捉到在变化时产生的脉冲信号。具体的检测步骤如下所示：
2.1有效设置测试设备中的采样率
可以设置随车故障检测过程中的采样率。先将随车故障检测装置的采样率设置为500微秒/CH，再配合各种数据表格记录各个测试点的电压波动变化情况。多通道的示波记录仪的采样率为100kHz/CH，主要可以以波形图的形式来记录信号测试电压模拟的动态过程。又因为多通道的示波记录仪内部的容量非常有限，所以不能够采用过高的采样率来记录内部的信号。否则，其记录信号的时间长度会得以缩短。在实验的过程中，我们先要将仪器的采样率设置为100kHz/CH，并有效地分析测量精度和时长的需求。
2.2有效采集信号
之后再有效地采集信号，先可以将车内的检测装置和多通道示波记录仪有效地进行配合，并在同一个信号点处运用不同的设备来进行信号采集和记录工作。之后再全面记录故障的信号，之后有效地进行分析。有效地显示了随车故障检测装置和多通道示波记录仪相互配合，并在之后有效地采集信号的方式。
2.3信号测试的结果
在现场测试的过程中，当动车组内部的主断路器呈闭合或者断开的状态时，可以运用多通道的示波記录仪有效地记录波形图内部的故障检测装置。在实际运行的过程中，可以观察到7号、8号线和其他线路上存在干扰的信号。当闭合的主断路器内部的控制线存在电流时，将会从313ms到334ms处结束，内部也会存在一段20ms的干扰信号，图2标记圈中数据有效地显示了相关的结果。
结论
本文主要先就动车组的概念和检修的现状进行分析，之后再结合实际的案例具体分析计算机实时检测的具体运用。这样一次研究对于改善高速动车组内部的电磁环境有非常好的作用。
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论文作者:董方涛
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第16期
论文发表时间:2019/10/17
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