HTK—391+軸溫探測設備更換ZR磁鋼后磁鋼異常故障的分析與處理

摘 要：通過對新型ZR磁鋼安裝后設備發生的故障進行現場調研和分析，提出了設備檢修的綜合治理方案，達到設備良好運行效果。

關鍵詞：ZR磁鋼 故障分析 處理

中圖分類號：U270.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0117-02

1 問題的提出

目前大秦線使用的紅外線設備為哈爾濱威克科技股份有限公司開發研制的HTK-391+雙探型設備，根據《鐵道部車輛軸溫智能探測系統設備檢修維護管理規程》規定磁鋼使用年限為兩年。我車間負責維修的大秦線遵化北至柳村二場間17套紅外線設備共計51個ZR磁鋼，為2010年11月份更換安裝使用的，已使用兩年。車間于2012年10月份利用大秦線天窗維修時間，陸續安排對到期的51個ZR磁鋼進行更換。更換新型ZR磁鋼后相繼有幾個探測站發生開、關門磁鋼計數不等、開機磁鋼異常，計數多、設備異常復位等故障，造成紅外線設備計軸、計輛、測速、測軸距不準，嚴重時由于計軸、計量、判別車型不準導致誤報熱軸，設備無法正常工作，嚴重威脅列車運行安全和行車秩序。因此，對故障原因進行分析并采取相應對策十分重要。

2 現場檢查測試情況

在列車通過時用示波器測量，計數多的磁鋼干擾噪聲信號強，其峰峰值頻率一般在50～60HZ之間，最大輸出信號幅值在1V以上，最高達到1.7 V（見圖1）。

3 原因分析

3.1 ZR磁鋼工作原理分析：

ZR磁鋼核心部分是采用“┻”形磁體充上強磁場后，套上高強度漆包線繞制的線圈，用環氧樹脂封裝在尼龍殼里。列車通過探測站時，輪緣從卡在鋼軌內測的磁鋼頂面通過，切割磁力線，線圈上產生感應電動勢。

3.2 磁鋼板工作原理分析

3.2.1 磁頭信號的輸入

磁頭信號先經過電容濾波，濾除干擾信號，再通過輸入電阻對整個信號進行衰減，接著經過一個限幅電路，將過高的電壓限幅在9.4 V內，才輸送給濾波電路。

3.2.2 一階低通有源濾波

在軌邊復雜電磁環境和列車強大沖擊震動狀態下，磁鋼信號輸入不可避免會有噪聲沖擊等干擾聲信號進入電路，一階低通有源濾波電路主要起濾除這些干擾的作用，但為防止大信號的堵塞，磁鋼板專設可調的輸入電阻（調整范圍為910Ω～3.6 kΩ）對所有輸入信號進行了衰減，然后再把衰減過的信號輸送給放大電路進行下一步的處理。輸入電阻過大，輸入信號也增大時，可能因干擾串入產生多軸，所以在車速較高時，應將輸入電阻降低。391磁鋼板出廠時通常設置的輸入電阻為3.6K（板上備調整的電阻為1.8K，2.2K），使用ZR磁鋼時，可將輸入電阻降低為1.2K～1.5K左右，以設備在接車過程中不多軸不漏軸為準。

3.2.3 一級放大電路

此放大電路主要由集成運放LM747，輸入電阻， 反饋電阻，頻帶壓縮電容構成，采用差分輸入，整個放大電路放大倍數約為13倍，磁鋼信號經過放大后送到門限比較電路。

3.2.4 門限比較電路（滯回比較器）

門限比較電路（圖3）由集成運放LM747，

二極管4148，可調門限電阻，接地電阻等組成.磁鋼信號經過放大后進入比較器，U=U 輸出端的狀態發生變化.二級管是讓正相電壓通過，LM747的供電電壓為±12 V，根據反饋回路的分壓比可以算得下三路的門限電壓約為6 V（一般使用ZR磁鋼時，門限電阻為10 K，接地電阻為10K），磁鋼信號經比較器后輸出一個方波信號（此方波信號是由處理后的磁鋼模擬信號由正到負的過零點觸發，這就保證了每一次的觸發輸出脈沖起始點處于一致狀態，為后續處理電路提供了相同的標準）。方波輸出經微分電路后，分為兩路：一路經過反相器74LS14，接發光二極管，可以方便地觀察磁鋼板是否被觸發；另一路經過74LS14整形輸出TTL電平信號，供后級數字電路使用。門限電壓的存在對系統抑制前級干擾有較好的作用。如果將門限電阻增大，則門限電壓減小，更適應于低速區段的設備.反之，門限電阻減小，門限電壓將會增大，更適用于列車高速區段。

3.3 HTK-391型紅外線軸溫探測設備各ZR磁鋼功能及測速、測軸距原理分析

當列車通過探測站，車輪壓至開機磁鋼時探測站主機首先判斷是車輪信號還是干擾信號，當磁鋼有效信號大于3次時，認為是來車信號，此時探測站主機系統向上位機發送一次正在過車報文，然后系統停止自檢和對上位機通信聯絡，探測站系統準備接車，探頭系統停止校零，校零燈滅，計算機采集環溫箱的溫度，采集探頭此刻的輸出，即是擋板溫度，打開保護門，準備處理來車的各種信息，為軸溫采集做好準備工作。

開門、關門磁鋼配合完成測速、測軸距工作。

測速：當列車第一個輪壓上開機磁鋼時，探測站計算機記下該時t1，該輪壓至關門磁鋼時，記下該時刻t2，所以當同一輪從開門磁鋼到關門磁鋼所需時間為△t=t2-t1。又由于開門關門磁到關門磁鋼之間距離設定為s=270 mm，因此車輪通過開門磁鋼、關門磁鋼時的速度為v=270 mm/t2-t1。這樣就測出了該車輪通過探測點時的速度，系統顯示的通過車最低、最高速度即通過車全列軸中的最低和最高速度。測出列車速度以后，我們可以進一步來測輪與輪之間距離。

測軸距：當下一輪壓至開機磁鋼時，記下該時刻t3，即可算出車輪與車輪之間的距離。

計算機通過判斷兩次磁鋼信號間的時間間隔是否大于t=25.5/v來判斷列車是否通過，若時間小于t，即輪與輪間小于25.5 mm表明列車還沒有過完。若時間大于t，即輪與輪間大于25.5 mm，判列車已過。

3.4 磁鋼干擾噪聲主要來源分析

3.4.1 電氣化化區段接觸網回流對磁鋼造成的干擾（見圖4）

電氣化鐵路采用工頻單相交流牽引制，額定電壓為25 kV。牽引供電回路是由牽引變電所-饋電線-接觸網-電力機車-鋼軌-回流聯接-（牽引變電所）接地網組成的閉合回路，其中形成的電流成牽引電流。如果磁鋼安裝在電網回路一側的鋼軌上，由于牽引電流的作用，就會對磁鋼產生干擾信號，影響設備正常運行。

3.4.2 車速不均造成的干擾

列車在運行中行駛速度不是一成不變的，在加速運行時能達到100 km/h，甚至更高，而在剎車或減速時不過3～10 km/h，這就對探測工作造成很大的影響。若列車速度過低，切割磁鋼時磁通量變化率就低，磁鋼輸出信號幅度低（見磁鋼工作原理圖），不能形成車輪信號，設備無法正常探測。

3.4.3 雷雨天氣對磁鋼造成的干擾

一是雷雨天氣配件的電器絕緣性能下降，雷電脈沖沿著與設備相連的信號線、電源線或其他金屬管線侵入使設備受損。二是設備接地部位在雷擊時產生瞬間高電位，形成電位差而損壞設備。三是感應電流造成的破壞。由于雷擊產生的電流變化梯度很大，會產生強大的交變磁場，使得周圍的金屬構件產生感應電流，這種電流可能向周圍物體放電，對設備產生強烈的破壞性。

3.4.4 其它因素對磁鋼造成的干擾

（1）磁鋼安裝的方法或安裝位置不當。如果與鋼軌之間間距小，易產生鋼軌回流感應干擾。如果距離鋼軌接頭較近，車輛通過時會產生較大震動，易產生磁鋼振動干擾。對設備有較大影響。

（2）設備檢修不到位造成的干擾。列車車輛在運行中，輪對與鋼軌的摩擦產生了大量的鐵粉，會吸附在磁鋼上，若在設備檢修過程中不能清理干凈，當鐵粉達到一定量時，就有可能對磁鋼造成干擾，影響設備探測。

3.5 新舊磁鋼對比分析

新更換的ZR磁鋼是2012年生產的，原磁鋼是2010年生產，兩批磁鋼參數不一樣，2012年磁鋼，為更好的適應低速列車，磁鋼靈敏度在原磁鋼基礎上略有上調，因此在提高磁鋼輸出幅度的同時，磁鋼噪聲信號、外界干擾信號也隨之增大。

結論：通過對磁鋼、磁鋼板、磁鋼測速、測距原理分析及干擾信號源和新舊磁鋼參數對比分析，可以看出：線路上存在的各種噪聲信號經過輸入電路、放大電路放大后，超過電壓比較器設定的門限電壓，經微分電路、反相器輸出TTL信號，形成磁鋼信號，觸發主機計數，造成磁鋼計數異常故障。在同樣干擾環境下，新磁鋼比老磁鋼輸出的干擾信號大，對設備影響大，導致更換磁鋼后發生磁鋼異常故障。

4 采取措施

根據以上造成設備故障的原因分析，必須在原磁鋼基礎上調整抗干擾功能，濾掉外界干擾信號，保證正常磁鋼信號的真實性，不受干擾，才能做到磁鋼計數精準，測速，測軸距，判量工作正常、采集到的軸溫數據準確，不因軸距錯而誤報高溫。在現場實踐中了如下措施。

4.1 調整磁鋼板上輸入電阻。

原輸入電阻為1.2 kΩ，調整為輸入電阻0.8 kΩ。降低輸入電阻可使放大器輸入端的磁鋼干擾噪聲信號幅度降低，進而降低了電壓比較器輸入端電壓，使其不超過門限電壓，干擾噪聲信號就不能通過，起到抗干擾作用。

4.2 調整磁鋼板上門限電阻。

原門限電阻為5.6 kΩ，調整為門限電阻3.6 kΩ。降低門限電阻可使門限電壓升高，使其干擾噪聲信號不能通過，起到抗干擾作用。

4.3 調整磁鋼板上脈寬調整電位器RV1（關門）、RV2（開門）RV3（開機）電阻值

由原來的50 kΩ，調整為60kΩ，阻值越大脈寬越寬，抗干擾性能越好。可以濾掉窄脈沖干擾信號。

（1）在磁鋼與卡具接觸的部分加裝可靠的結緣墊，安裝螺栓時加裝尼龍套和絕緣墊圈，以減少感應電流對磁鋼的干擾。

（2）日常檢修中，及時清理磁鋼表面上的磁粉，減少磁粉過多產生的電磁干擾。

5 取得的效果

處理后至今未發生磁鋼開關門計數不等、開機磁鋼異常計數多、異常復位等磁鋼故障，保證了設備的安全穩定運行。