CRH_3高速动车组轴温监控系统安全可靠性研究_杨光

运用与检修
文章编号:1008-7842(2011)04-0091-04
CRH 3高速动车组轴温监控系统安全可靠性研究
杨 光,吴 宁
(唐山轨道客车有限公司,河北唐山063035)
摘 要 针对CRH 3动车组在武广线(武汉)广州)运行过程中轴温监控系统的安全性和可靠性问题,对动车组运营过程中的数据进行统计整理,对轴温监控系统控制逻辑进行了分析,提出了优化方案,对优化方案进行了试验验证。

关键词 动车组;故障报警;安全运行;可靠性;轴温中图分类号:U 266.331+2 文献标志码:A
随着中国高速铁路的快速发展,确保高速动车组运营秩序[9]和提高动车组的安全性、可靠性[1]的矛盾日益尖锐。

一方面需要对动车组高速运行的关键部件进行监控,如转向架轴温、牵引电机轴承和定子温度、齿轮箱轴承温度,当遇到温度异常过高的情况动车组应及时自动限速或停车,确保动车组运行安全;另一方面,要减少限速或停车情况的发生,保证列车准点运行,不影响高铁线路的整体运营秩序。

解决问题的关键是提高传感器的可靠性,加强监控软件对误报故障的判断能力,避免因外部干扰或传感器质量问题造成误报故障的假象,导致不必要的停车或限速。

CRH 3动车组自2009年12月26日在武广客运专线正式投入运营,累计共投入44列,运营过程中轴温误报故障较多,针对此问题,唐山轨道客车有限责任公司成立专项小组进行了攻关。

1 转向架轴温监控系统故障诊断逻辑分析
CRH 3动车组通过列车网络控制系统实现对转向架轴承温度进行监视和控制,在转向架每个轴端的轴箱上安装有双通道的Pt100温度传感器,通过每辆车配备的模拟量输入设备)))Compact Pt100将传感器每个通道随温度变化的电阻值转换为温度值,由列车中央控制单元(CCU)通过列车网络[2]对所有轴温数据进行采集,实现持续监视转向架轴承温度的功能。

列车中央控制单元对轴承温度进行评估和逻辑判断,评估列车转向架轴承的工作状态,当发现轴承温度异常时,自动实施紧急制动或强迫动车组限速运行。

转向架轴温监控系统对于轴温异常升高进行故障报警,分别设有3个不同级别的报警保护,温度由低到高的报警保护分别是轴温升高报警、暖轴报警和热轴报
警。

当列车在运行中轴温升绝对值超过100e 或相对
平均值的差超过20e 时,中央控制单元报轴温升高报警,此时列车不限速不停车,对不同的轴箱产生相关的故障代码记录在中央控制单元的故障历史数据库中,此类报警的目的是为了提示动车所维修人员对车轴轴箱进行检查确认;如果轴承温度继续升高,绝对值超过120e 或相对平均值的差超过40e 时,列车将会报暖轴报警,在司机显示屏上显示限速250km/h 运行的提示信息,并对故障轴箱进行故障数据的记录;当轴承温度继续升高,绝对值超过140e 或相对平均值的差超过60e 时,列车将会报热轴报警,列车自动施加紧急制动,将列车速度限制在40km/h 以下运行,并对故障轴箱进行故障记录。

转向架轴温监控系统为了提高对温度异常升高进行故障报警判断的准确度,对温度检测系统检测到的温度值合理性进行逻辑评估,对列车网络通讯质量、模拟量输入设备的工作状态进行评估,通过传感器故障报警和温度不可信报警这两类故障报警反应温度监控系统自身原因或外界干扰导致设备工作状态异常的现象。

转向架轴箱上的传感器采用双通道冗余技术,在进行温度是否异常升高故障报警的判断之前,首先对每个通道的温度值进行3项检查,分别是温度最大值检查、温度跳变检查、温度平均值检查。

产生温度不可信报警的判断逻辑是一个轴箱温度传感器的两个通道其中之一在进行3项检查时没有通过,或者两个通道都通过了3项检查,但是测得的两个温度的值偏差超过?5e ,此时中央控制单元报轴温不可信报警,对列车速度没有影响,产生故障代码记录到故障数据库中。

产生传感器故障报警的判断逻辑是两个通道同时都没有通过3项检
杨光(1962))男,河北唐山人,工程师(修回日期:2011-06-24)
第31卷第4期
2011年8月
铁道机车车辆
R AI LW AY L OCO M OT IVE &CAR
Vo l.31 N o.4Aug. 2011
查中的其中一项检查,此时中央控制单元判断此传感器发生了故障,报传感器故障报警,为了保证列车运行安全,列车自动施加最大常用制动,将列车速度限定到220km/h 以下运行。

2 转向架轴温监控系统故障诊断逻辑优化
通常情况下,每一个轴箱的温度是各不相同的,具
有一定的离散性。

图1是CRH 3动车组在武广线运行速度350km /h 条件下(持续2h 57min)监测到的轴温正常随速度变化的情况。

由图1可以看出,轴温的变化趋势相同,随着速度的提高轴箱温度逐渐升高,随着速度的降低,温度也会有所降低,温度值不会发生瞬间的
突变。

轴温普遍具有离散性,当某一轴箱的温度偏离平均温度较大或超过绝对温度100e 时,具有异常变化的趋势,中央控制单元就会报轴温升高报警,目的是提示司机注意关注该轴轴温的变化,便于库内维护人员提早发现故障及时解决。

2011年3月6日,在CRH 3060动车组7车1轴左侧轴承温度监测过程中发现该轴承有温度偏高现象,温度变化曲线如图2所示。

图2横坐标为时间,左侧纵坐标为温度,右侧纵坐标为速度,其中浅蓝色曲线为列车速度,深蓝色曲线为7车1轴左侧轴承温度,下部红色曲线为7车1轴相对平均温度的差值,其他轴的轴承温度没有异常,中间部分用不同的颜色表示。

可以明显看出,转向架1轴右侧温度一直比其他轴承温度偏高,并在22:26:04时与平均温度的差值超过了20e ,列车报轴温升高报警。

入库后对该车轴进行检查没有发现异常情况,对传感器进行了检测,没有发现异常。

在后续的运营过程中该轴轴温没有发生任何
轴温升高报警、暖轴报警或热轴报警故障。

动车组在高速运行时,轴温传感器周边的工作环境比较复杂,尤其在列车过分相、列车交会以及通过隧道时都有可能对所采集的温度数据造成很大的干扰。

轴温传感器Pt100的阻值随温度的升高而变化,温度每升高1e 时阻值升高0.388,轴温的温度值是通过在传感器上施加一个恒流源,测量Pt100电阻两端的电压,转换为实际监控的温度。

图3是列车运行时捕捉到的模拟量输入设备实际输入端电压变化的数据,理论上温度30e 时对应电压44.56mV,实测电压值在-44mV 左右(测试时由于正负反向,所以出现负电压),最大峰值-450m V,在10m s 内出现了2次。

可见轴温输入数据时刻受到干扰。

针对轴温具有一定的离散性和受干扰的特点,对CRH 3动车组轴温监控软件进行了逻辑优化。

针对普遍存在的离散性问题,扩大了温度检查的门限值,比如
92 铁道机车车辆 第31卷
图3受干扰的轴温实测数据
轴温升高报警,对平均值差值进行逻辑判断的门限值由20e提高为30e;针对温度检测过程中的干扰问题,对原来进行温度跳变检查的时间进行了延长。

软件逻辑优化后,在试验台上进行了试验验证,并在武广线动车组上进行了测试试验。

自2011年3月13日优化软件后,截止到2011年5月10日,对优化软件列车和未优化软件列车的轴温故障报警数据进行了统计。

共计39列未优化软件列车、5列优化软件列车投入运营,未优化软件列车累计安全运行里程390.1万km,优化软件列车累计安全运营里程62.1万km。

未优化软件列车轴温故障报警共发生79起,其中轴温升高报警56起,百公里故障报警率为0.18,测量不可信报警13起,百公里故障报警率为0.04,传感器故障报警10起,百公里故障报警率为0.03,其他暖轴报警、热轴报警故障0起。

优化软件列车轴温故障报警共发生2起,均为轴温升高报警,百公里故障报警率为0.032,其他轴温故障报警发生0起。

故障统计对比情况如图4所示,轴温升高报警的百公里故障报警率由0.18降低到0.032,
发生频率明显减少。

图4百万公里故障率对比
3结束语
CRH3动车组在武广线运营一年多以来,转向架轴温监控系统对动车组高速运营的安全性起到了良好的保障作用,通过对软件逻辑的分析,该软件诊断逻辑分级对轴温异常升高的保护是安全和必要的。

为了减少误报故障对列车运营秩序的影响,降低库内维护人员的工作量,提高维护效率和质量,对转向架轴温监控系统诊断软件进行了适当的调整和优化,经过试验验证对列车的运营安全没有影响,对防止发生误报故障很有成效。

高速动车组运营安全问题事关重大,软件逻辑优化工作必须做到周密细致。

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Safety and Reliability of Axis Temperature Monitoring
System on CRH3Electric Multiple Units
YA N G Gang,W U N ing
(T ang shan Railw ay V echicle Co.,L td.,T andshan063035Hebei,China)
Abstract:A cco rding to the safety and reliability pr oblems o f ax is temperatur e monito ring system o n CRH3electr ic multiple units(E-M U s)in W uhan)Guang zho u hig h speed railw ay,the operating data of EM U s is collected.T he co ntr ol log ic of ax is temperatur e mo n-i to ring system is analy zed.T he optim izat ion contro l str at eg y is given.T est results show the v alidity o f the pro po sed scheme.
Key words:electric mult iple units(EM U s);failur e alar m;safety o per ating;reliability;ax is temper atur e
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参考文献
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Research on Contemporary Technology and Process Management Level Evaluation of Railway Transportation Equipments Manufacture
S UN Yong-cai1,2,WA N G X iu-lun1,MA Zi-qin1
(1Scho ol o f M echanical Eng ineering,Dalian Jiaotong U niversit y,Dalian116028L iaoning,China;
2China CN R Co rporat ion L imited,Beijing100078,China)
Abstract:Evaluat iy o bject ive,scientific,comprehensiv e fo r contemporar y techno lo gy and pr ocess management level o f manufacture can help manufact ur e improv e pr ocess manag ement,unified,effectiv e,and then standardized,sy stematic,and pro vide the necessar y guar-antees of to enhance the competitiveness o f manufacture.Evaluation o f manufacture technolog y and pro cess manag ement level is ver y import ant o n manufactur e business.With r ailw ay transpo rtation equipments manufactur e as backg ro und,the content o f contempo rar y technolog y and pr ocess management lev el evaluat ion of g roup is studied.And its no rm index system is sifted and pro po sed.T he meth-o ds are studied including AH P-based set ting metho d of evaluation index weight,based o n fuzzy evaluation method o f the g r oup compa-ny eva luating contempo rar y techno log y and pro cess manag ement lev el of subor dinate enterprises,and based on rada r diagr am ev aluation and ana lysis method of the gr oup company.A pro toty pe system is studied and designed w hich is the contempor ary t echnolog y and pr ocess manag ement lev el ev aluatio n pr oto type system of r ailway tr anspor tation equipments manufactur e,w eb-based co mputer-a-i ded,based on B/S mo de and used JSP and M S SQ L SERV ER database.
Key words:co ntempor ary technolog y and pr ocess management;contempor ary technolog y and process manag ement level evaluat ion;e-v aluatio n system;railw ay tr anspor tation equipments manufact ur e
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