CRH380CL型动车组速度传感器故障诊断探讨

2021-09-08王珊汪胜兰

安家（建筑与工程） 2021年7期

王珊汪胜兰

摘要：近年来，在信息技术水平不断提升的背景下，列车逐渐向智能化方向发展，但是高速列车在安全运营过程中受到了诸多因素的影响。例如，CRH380CL型动车组的速度传感器在运行过程中就出现了问题，因此需要明确列车电磁兼容干扰源、传感器工作原理并做好传导干扰排查工作。

关键词：CRH380CL型动车组;速度传感器;故障诊断

前言：

上海CRH380CL型动车组在无锡站停靠时出现了个别车厢车门无法打开且显示屏显示速度不准确等问题，这就属于速度传感器电磁兼容问题，研究速度传感器故障诊断问题有利于保障列车的安全运营，因此本文将对CRH380CL型动车组速度传感器故障诊断进行简要分析。

1.列车电磁兼容干扰源

从电磁兼容的内容来看，电磁兼容的干扰源主要包括传导干扰与辐射干扰两种类型，其中传导干扰主要是低频，辐射干扰主要是高频。

1.1传导干扰

可将传导干扰详细划分为三种类型，即感性耦合、容性耦合与阻性耦合。受电弓的电压是27.5kV，可能会产生感性干扰与容性干扰，继而影响到车内设备连接线。其次，车内含有强电缆与弱电缆，不同电压等级的电缆线之间也会产生感性干扰与容性干扰【1】。电气化列车需要通过受电弓取流，之后从钢轨流回牵引变电站，当车体电阻小于钢轨电阻时，部分电流就会流到车体当中继而造成阻性干扰。

1.2辐射干扰

辐射干扰包括车内干扰与车外干扰两种类型。其中，车内干扰指的是牵引变流器等大功率设备向外辐射能量，就会对周边车载设备造成干扰。而车外干扰指的是弓网离线电弧中，弓网离线瞬间会向外辐射较大的能量，在这一过程中车体虽然具有屏蔽作用，但是耦合也会通过车体窗口进行车厢，甚至会导致车体电位不平衡，继而对车上设备造成干扰。

2.传感器的工作原理

CRH380CL型动车组的速度传感器（如图一所示）采用的是霍尔传感器，磁钢产生恒定的磁场。齿轮与气隙处两者之间的磁感应强度不同，所以当列车运行时，齿轮转动就会改变传感器前端的磁场【2】。根据公式（1）可知，传感器输出的电压是不同幅值的，且电压波形屬于方波。这一电压波形会受到差分放大的影响，所以高电平输出为1400mV，低电平输出为700mV。

其中，VH代表霍尔传感器电压，KH指的是传感器灵敏系数，I为传感器控制电流，B指的是磁感应强度。

3.传导干扰排查

优于速度传感器受到了干扰，速度显示为6.3km/h。列车轮对直径D是0.89m，齿轮个数z为80，所以干扰频率f为：

从公式（4）可以得出，干扰频率在50.1Hz，属于工频干扰，所以可以判断其干扰并非辐射干扰，而是传导干扰【3】。

3.1感性耦合

接触网和传感器连接线缆感性耦合模型如图二所示。

可以将车厢看做圆柱形完全屏蔽层，所以接触网和传感器连接线缆的耦合是全屏蔽层，因此：

其中，U2指的是传感器连接线缆耦合电压、U12指的是接触网对传感器连接线缆耦合电压、Us2指的是车体对传感器连接线缆耦合电压、M12为接触网与传感器连接线之间的互感、I1为牵引电流、Ms2为车体与连接线之间的互感、Is为接触网对车体耦合电流。

公式（5）当中的Is的表达式为：

其中，指的是接触网对车体耦合电压、Rs指的是车体电阻、Ls指的是车体自感、M1s指的是接触网与车体的互感。

基础网电流I1在车体上感应的电流Is所产生的全部磁通量Φ将环绕传感线连接线缆，因此车体的自感与车体对连接线缆的互感相同，即Ls=Ms2，且M12=M1s，因此可以将公式（5）转化为：

从公式（8）可以得出，U2与I1之间是呈正比关系的，而列车只在无锡站停靠时出现了车门打不开、速度显示不正确等问题，即列车只在无锡站停靠时其速度传感器受到了干扰，这就说明这一干扰并不是接触网与传感器连接线之间的感性耦合造成的。

列车在运行过程中，受电弓会通过接触网取流，经过变压器降压处理后会供给驱动电动机，车内当中的电缆线会流通大电流，这时大电流就会影响到信号线。可以通过实验明确强电流流过是否会在传感器连接线缆上感应到骚扰电压。CRH380CL型动车组在停站之后，除了辅助变电流其他都不工作，所以工作电流比30A小。经过实验发现，线缆耦合电压与强电线输入电流之间呈正比关系，当强电线输入电流时30A时，A线耦合电压就是25.5mV，当耦合线与强电线的距离变大时，耦合电压会逐渐降低，但是耦合电压的最大值不会超过传感器正常工作时的门限电压，即不会超过700mV，因此车内当中的线缆耦合不会干扰传感器的正常工作【4】。

3.2容性耦合

接触网和传感器连接线缆容性耦合模型如图三所示。

其中，Us指的是屏蔽体耦合电压、U1指的是接触网电压、C1s指的是接触网与车体之间的电容、Csg指的是车体与地面之间的电容。

传感器连接线缆与车体之间的兼容Cs2之间没有耦合电流通过，所以传感器连接线缆所耦合的骚扰电压U2=Us，车体接地后车体对地电位Us=0，所以U2为0。

由于列车所用电缆的外层都含有屏蔽层，同时屏蔽层与车体是连接的，即具有接地效果，因此同槽电缆间电容耦合电压基本是0，这就可以排除接触网和车内强电线缆与传感器连接线缆容性耦合干扰。

3.3阻性耦合

车体电阻的阻值比绝缘节电阻的阻值小，因此当列车风挡位于绝缘节处时，牵引回流就会通过车体回流。

结语：

列车电磁兼容干扰源主要包括传导干扰、辐射干扰，在进行传导干扰排查时需要综合考虑感性耦合、容性耦合、阻性耦合等因素。综合分析CRH380CL型动车组的情况，发现该动车组的轴端速度传感器所受干扰为阻性干扰，绝缘节阻抗大于车体阻抗，需采取合适措施解决问题。

参考文献

[1]李强，丁勇，刘国梁. CRH380CL型动车组主断路器闭合故障分析与解决方案[J]. 城市轨道交通研究， 2018， 21（002）：21-24.

[2]张长青. CRH3C动车组轴速度传感器检测原理及代码分析[J]. 高速铁路技术， 2016（1）：15-18.