THDS-A 热靶电压突变导致误报及漏报热轴的探析

王显红，姚 波

（中国铁路成都局集团有限公司重庆西车辆段，重庆 401335）

0 引言

车辆轴温智能探测系统（THDS）设备安装在200 km/h 及以下电气化铁道线路上，每30 km 左右安装1 套，对铁道线路上运行的客、货车车辆轴承温度进行自动探测、预警，是及时发现车辆轴承故障、拦停列车的重要手段，是防止客、货列车发生热轴、切轴的重要监控设备。THDS-A 设备是THDS 设备的一种。

THDS-A 设备工作时，须将铁道线上运行的客、货车辆的轴承、设备自身的各种温度转换为机器能识别的电信号，再结合车辆热轴预报模型，才能对超标的车辆轴承温度进行报警。

重庆西车辆段管内共有87 台THDS-A 设备。近期，因THDS-A 设备热靶电压在接车过程中突变，误报了几起车辆轴承热轴。THDS-A 设备一旦误报热轴，就会误拦停列车，打乱铁路正常运输秩序，漏报热轴可能引起热切轴，甚至车辆颠覆。

分析THDS-A 设备误报、漏报热轴的原因，并制定相应的解决措施，对保障铁路正常运输秩序具有十分重要的意义。

1 热靶及其电压的作用

1.1 热靶的作用

热靶电压就是热靶温度通过热靶配置的温度传感器（PT100铂电阻）、处理电路等转换后的电信号。

热靶为THDS-A 设备预报铁道车辆轴承热轴提供标准热源，热靶电压为THDS-A 设备提供温度、电压转换对应关系，是设备预报铁道车辆热轴的基础。

THDS-A 设备的热靶标定、系统标定、黑体标定以及设备接车时，都会使用到热靶电压。

1.2 热靶标定的作用

新安装（含定期检修后）的THDS-A 设备，使用前均要进行热靶标定。热靶标定时，THDS-A 设备将其探头采集的热靶辐射热转换成电压，并与热靶温度形成热靶曲线（THDS-A 设备探头输出电压与热靶温度对应关系）进行保存，为THDS-A 设备接车计算轴承温度提供计算模型。热靶曲线直观反映THDS-A 设备探头输出电压对应的车辆轴承温度（图1）。

图1 热靶曲线

1.3 热靶曲线的作用

THDS-A 设备接车时，软件会根据当前设备的环境温度选定热靶标定时保存的相似、相近的热靶曲线，然后根据THDS-A设备探头输出电压值与热靶曲线比对出车辆轴承温度，再结合设定的铁路车辆热轴判模型预报热轴。

1.4 热靶电压突变对THDS-A 设备测量车辆轴承温度的影响

热靶标定时，热靶电压突变会使THDS-A设备形成不了正确的热靶曲线，热靶曲线错误后就比对不出正确的车辆轴承温度，甚至误报、漏报铁路车辆轴承热轴。

接车过程中，热靶电压突变会影响THDS-A 设备探头输出电压的正常转换，探头输出电压转换错误后，通过热靶曲线比对出的轴承温度必然错误，导致误报车辆轴承温度，甚至误报、漏报铁路车辆轴承热轴。

2 热靶电压突变引起误报热轴案例

沪—蓉线合川站下行、达—万线分水寺站下行THDS-A 设备分别在2021 年1 月11 日10：35（25715 次列车）、2021 年2 月5 日6：38（35003 次列车）接车过程中均因热靶电压突变引起了误报铁路车辆轴承热轴的情况。

分水寺站下行THDS-A 设备2 月5 日6：38 接35003次列车热轴轴位的外左热靶电压与外左探头电压波形发生突变（图2）。正常情况下，热靶在接车过程中不会加温，热靶电压不会突变，电压波形平直，探头输出电压不会陡升。

图2 热靶、探头输出电压突变

3 热靶温度转换为电信号的原理

3.1 热靶结构

热靶主要由加热膜、PT100 铂电阻等组成（图3）。

图3 热靶加热膜、PT100 铂电阻封装

3.2 热靶温度转换为电信号的流程

热靶温度需通过PT100 铂电阻、处理电路等将其转换为电信号后才能被机器识别。热靶温度转换为机器识别电信号的流程见图4。

图4 热靶温度转换为电信号的流程

3.3 靶温电信号的处理

温度信号调理板将轨边PT100 铂电阻输出的电信号进行系列处理，输出对应的模拟信号，然后输入工控机的AD 板，处理过程见图5。

图5 靶温电信号处理过程

3.4 模拟信号处理

温度信号调理板处理后的PT100 铂电阻模拟信号经AD 板的模拟电子开关处理，模拟信号转换为数字信号，数字信号传输给工控机ISA 总线，供THDS-A 设备用户软件使用（图6）。

图6 模拟信号转换为数字信号过程

3.5 热靶曲线的技术指标

热靶标定时，THDS-A 设备探头共采集热靶加热过程中16个不同温度点的输出电压，并形成热靶曲线。正常的热靶曲线光滑、无突变，且第14 点值须符合要求：内探第14 点（板温+70 ℃）输出信号幅值在2000～6000 mV 范围内，外探第14 点（盘温+70 ℃）输出信号幅值在1000～3000 mV 范围内。

法藏的汉文敦煌文献从P.2001号编到P.6040号，去掉中间的空号，加上夹杂在藏文中的汉文遗书，总数将近4000号。

4 热靶电压突变原因分析

4.1 硬件缺陷、故障

从热靶的结构、信号处理过程分析热靶电压突变原因包括：热靶内部的加热膜、PT100 铂电阻及其连接电缆出现开路或短路，与热靶温度有关的连接线松动；为热靶提供工作电压的电源箱功率电源板+30 V 电压异常；工控机AD 板转换热靶PT100铂电阻输出信号时出错等。

4.2 信号控制异常

工控机IO 板异常造成工控机用户软件不能正常下发指令信号，使热靶处于不可控工作状态，导致热靶温度异常，从而引起热靶电压突变。

4.3 电信号互相干扰

因PT100 铂电阻输出信号及THDS-A 设备探头轴温输出信号在数字—模拟转换前共用模拟电信号处理模块，且PT100铂电阻最大输出电压为10 V，探头信号输出电压0～3 V。接车过程中，当THDS-A 设备PT100 铂电阻输出电信号波动较大时，其输出电信号在传输、处理过程中就会影响各路探头轴温信号的正常传输、滤波、放大，造成轴温信号突变，轴温信号突变后通过热靶曲线比对出的温度就会失真，从而误报、漏报热轴。

5 改进措施

5.1 改进模拟信号处理电路

改进THDS-A 设备的模拟信号处理电路，将PT100 铂电阻输出信号与探头电信号处理模块分离，防止高、低模拟电信号互相干扰。

5.2 测试加热膜电阻及PT100 铂电阻阻值

热靶加热膜电阻正常值为25±2 Ω，如果阻值异常，须更换热靶；热靶PT100 铂电阻正常阻值在0 ℃时为100 Ω（表1），如果阻值异常，须更换PT100 铂电阻。

表1 PT100 铂电阻温度与阻值对照表

5.3 检查各电信号处理电路工作状态

如果加热膜、PT100 铂电阻阻值均正常，再逐步检查检测电源箱功率电源板+30 V，温度信号调理板、AD 板、IO 板是否工作正常，如不正常进行更换。

5.4 改进热靶热加工工艺

6 改进效果

2021 年2 月9 日，重庆西车辆段的设备维护人员更换了分水寺站下行THDS-A 设备的热靶、温度信号调理板等配件，2 月19日，更换了合川站上行THDS-A 设备的热靶；4 月初THDS-A 设备生产厂家已采用新的热靶加工工艺对热靶进行了翻新。

截至2021 年10 月20 日，重庆西车辆段辖区87 台THDSA 设备未再发生因热靶电压突变误报热轴。