电磁干扰引起两万吨重载组合列车不明原因发生惩罚制动及紧急制动的研究

张 涛

（大秦铁路股份有限责任公司湖东电力机务段技术科，山西 大同 037000）

1 引言

2005年6月10日至2006年5月1日，在铁道部的直接组织下，在大同机车厂完成了200台SS4G机车的LOCOTROL系统加装。为正式开行2万吨组合列车提供数据支持及技术保障，2005年下半年，铁道部组织太原局相关单位，在大秦线完成了24次LOCOTROL系统相关试验验证。2006年3月28日开始，大秦线正式开始了2万吨列车的试运行；到目前为止，2万吨列车的日开行对数已增加到52对。SS4G型机车加装LOCOTROL系统以后，频繁发生不明原因的惩罚制动及紧急制动，严重影响2万吨列车的安全。这给大秦线运输安全及运输组织带来极大危害，也严重影响到2万吨列车的安全开行。为了保证机车质量，保证2万吨列车的安全可靠运行，大秦线SS4G机车LOCOTROL系统发生不明原因的惩罚制动及紧急制动的研究已迫在眉睫，必须尽快予以解决，从而提高系统整体的可靠性，提高机车质量，来满足运输安全及运输秩序的需要。

2 SS4G型电力机车多协议异构网络控制系统

LOCOTROL系统，又叫列车分布式动力控制系统。它是利用无线数据传输技术，由主控机车对从控机车进行牵引和空气制动的同步控制，从而减小列车运行中产生的纵向冲动，缩短空气制动的排、充风时间，减少列车在长大下坡道上运行使用空气制动的次数，确保两万吨列车的平稳运行。利用LOCOTROL同步控制技术，一台主控机车通过无线传输的信号最多可以同步控制3台从控机车。SS4G机车LOCOTROL分布式动力系统由下列模块组成：通信输入输出模块（CIOM）、GSM－R车载通信单元（OCU）、无线数据传输设备（RDTE）、扩展集成处理器模块（X－IPM）、继电器接口模块（RIM）、电源接线盒（PJB）、扩展列车接线接口模块（XTIM）、列车线继电器接口模块（TRIM1、2、3）、司机室显示模块（LCDM）、电子制动阀（EBV）、CCBII。图1、图2为SS4G机车A、B节的LOCOTROL设备的基本架构图。

图1 SS4G机车A节的LOCOTROL架构图

图2 SS4G机车B节的LOCOTROL架构图

3 紧急、惩罚制动原因分析

通过对发生不明原因产生紧急制动、惩罚制动机车进行分析，产生原因总结归类如下：

3.1 IPM与CIOM通信丢失

在CIOM设备上电之后，机车进入紧急制动。鉴定CIOM软件存在以下问题：

（1）在CIOM初次上电时或者重启后，与其相连的设备会进行数据初始化，IPM、RDTE、OCU不停的数据溢出导致CIOM连续重启。

（2）机车在运行模式下，当RDTE、OCU与CIOM传递数据时，CIOM重启则会引起CIOM陷入连续重启中。

（3）一些紧急制动发生在RDTEB故障或者断电以后。

通过实验室测试认为XIPM和CIOM通信丢失是由 CIOM 重启造成的。在 RDTEB故障或者RDTEB断电造成+/- Recv 信号线开路之后 CIOM发生重启，此时信号线如同天线一样耦合干扰。

3.2 IPM与EPCU通信丢失

IPM与EPCU是通过LON网络进行数据通信，LON网络可靠性很高，分析数据显示LON网络通信受到电磁干扰造成数据通信丢失。

力图在数据处理上作一些改变，可以减少通信中断，从而通过更改软件以增强LON网络的抗干扰性。

4 电缆布线检查以及电磁干扰测试

4.1 电缆布线检查及测试综述：

通过对出现紧急制动、惩罚制动机车PTU日志分析，确认故障出现在机车离开分相区并且主断闭合时。且查看 DP和空气制动记录发现故障出现时，LOCOTROL系统某一模块XIPM、BIPM、或CION进行了重启。监测XIPM、BIPM和CIOM的信号接口，发现有反常或瞬间信号导致系统重启，并且在A－B端之间重联电缆BIPM到CIOM电缆、CIOM到RDTE－B电缆上发现了大幅值的瞬间信号。检查部分机车发现BIPM到CIOM的电缆悬挂在高压室区域的电缆槽之外，并且非常靠近主断路器到主变压器的高压馈线。基于机车A－B节两端电缆上存在的大幅瞬间信号，检查并测试了这些电缆的屏蔽，确定了一个最佳屏蔽方案，同时重新将电缆放置到电缆槽内并且尽量远离高压馈线，大大减少了重启的概率。

4.2 具体电缆检查及电磁干扰测试内容

（1）电缆检查

A端CIOM、B端BIPM、RDTE电缆在机车上安装如图3所示，检查A 端CIOM到B端BIPM和RDTE的电缆布线发现B-UNIT RDTE的 CA200035-24电缆到A端CIOM上CA200034-29电缆没有接到车体的屏蔽线。

图3

检查部分机车发现BIPM到CIOM的电缆悬挂在高压室区域的电缆槽之外，并且非常靠近从主断路器到主变压器的高压馈线，如图4所示。

（2）电磁干扰测试内容

1）测试机车选择

选择曾出现过紧急制动、惩罚制动的机车6136、0882、7139、7148和 7128作为测试机车。这些机车在A或B端进行操纵，闭合主断时，出现BIPM、CIOM重启、BIPM与CIOM通信丢失，造成机车进入紧急制动或惩罚制动。

图4

2）电磁干扰信号测量

主断闭合时，在BIPM输入端测量来自CIOM的数据信号，瞬间噪声波形如图5，此瞬间噪声＜200Vp-p。

当BIPM重启时，在BIPM输入信号中测量到如图6瞬间噪声信号，此噪声信号＞300Vp-p。

主断闭合时，在 CIOM输入端测量来自BIPM的数据信号，瞬间噪声的波形如图 7，此瞬间噪声约 400Vp-p。

图5

图6

图7

主断闭合时，在CIOM输出端测量Key B信号，瞬间噪声的波形如图8所示，此瞬间噪声信号约200Vp-p。

（3）测试结论

1）主断闭合时，会出现较大的空载合闸电流，这个电流将产生一个幅值较大的瞬间信号。

2）这个较大的瞬间信号将耦合到没有正确屏蔽的电缆。

3）XIPM、BIPM或CIOM的重启是由于BIPM到CIOM电缆、RDTE－B到CIOM电缆终端屏蔽

没有做到最优，从而最小化瞬间信号到电缆的耦合。

图8

5 A－B端电缆更改方案及更改后电磁干扰信号测量

5.1 A－B端电缆更改方案

更改方案如图9所示，对机车B端RDTE连接CIOM的通信电缆进行360度屏蔽处理，将贯通电缆金属外屏蔽网与接头连接，连接处用铜箔带缠绕包裹，打胶，用热缩套管固定，电缆两端接头接地到车体；B端BIPM到A端CIOM的通信电缆两端接头接地到车体；在机车A、B端车体之间连接贯通电缆；同时严格按车上布线方案进行布线，将电缆放置到电缆槽内并且尽量远离高压馈线。

5.2 A－B端电缆更改后电磁干扰信号测量

主断闭合时，在 BIPM输入端测量来自CIOM的数据信号，瞬间噪声的波形如图10所示，此瞬间噪声＜100Vp-p。

主断闭合时，在 CIOM输入端测量来自BIPM的数据信号，瞬间噪声的波形如图11所示，此瞬间噪声约150Vp-p。

主断闭合时，在CIOM输出端测量Key B信号，瞬间噪声的波形如图12所示，此瞬间噪声信号约＜100Vp-p。

图10

图11

图12

5.3 电缆屏蔽测试数据总结

电缆屏蔽测试数据总结如表1所示。

表1

5.4 测试结论

按照A－B端电缆更改方案如图9所示，对机车 LOCOTROL电缆进行屏蔽接地，可以最小化瞬间信号到电缆的耦合。从A端到B端的电缆布线应尽最大可能远离高压区并放入机车电缆槽内可以最大程度降低机车对电缆的噪声干扰。

6 结论

LOCOTROL系统受电磁干扰以及软件设计存在缺陷是 2万吨重载列车不明原因发生紧急制动/惩罚制动的主要原因，通过对 LOCOTROL系统BIPM、CIOM、EPCU进行软件升级，CIOM 模块与RDTE-B电台连接电缆进行360度屏蔽，机车A、B节共地、LOCOTROL系统各模块保证自身接地良好等措施，提高了 LOCOTROL系统的稳定性、可靠性。通过以上措施，2万吨列车紧急/惩罚制动从2008年的298件降低到了2009年67件，保证了大秦线运输安全，提高了运输组织效率。

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