160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組可用車輛百分比異常分析及優(yōu)化

劉俊言 何小軍

摘?要：動(dòng)力集中動(dòng)車組運(yùn)行過程中出現(xiàn)可用車輛百分比的異常現(xiàn)象。本文以可用車輛百分比為研究對(duì)象，分析了可能對(duì)其計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響的三個(gè)因素，得出故障原因是可用車輛百分比計(jì)算時(shí)間不合理，并使用優(yōu)化計(jì)算時(shí)間的方法解決數(shù)值異常問題。

關(guān)鍵詞：車列電空;可用車輛百分比;時(shí)間優(yōu)化

車列電空制動(dòng)控制是160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的重要功能，利用電信號(hào)代替空氣壓力信號(hào)來傳遞制動(dòng)緩解指令，增加車輛與機(jī)車制動(dòng)的同步性。可用車輛百分比（下文簡(jiǎn)稱“百分比”）屬于動(dòng)車組車列電空功能故障監(jiān)測(cè)的一部分，表示動(dòng)車組車列電空回路中車輛制動(dòng)機(jī)可用數(shù)量占總數(shù)的百分比，在司機(jī)顯示屏上分0、25%、50%、75%、100%五檔顯示[1-3]。

1?故障現(xiàn)象描述

160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組運(yùn)行過程中，出現(xiàn)了百分比異常的現(xiàn)象。百分比在0-100%范圍內(nèi)波動(dòng)，正常情況下應(yīng)恒定在100%。圖1分別是百分比正常及異常情況示例。

2?故障原因分析

2.1?百分比計(jì)算過程

大閘手柄回到運(yùn)轉(zhuǎn)位后的第1.0s，或大閘手柄離開運(yùn)轉(zhuǎn)位后的第0.7s，列車上設(shè)置的電流互感器采集車列電空回路中0～10A電流信號(hào)，將其按線性關(guān)系轉(zhuǎn)換為4～20mA后發(fā)送給CCU，CCU根據(jù)電流值及蓄電池輸出電壓計(jì)算車列電空回路電阻，由電阻與百分比的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到百分比數(shù)值。

U÷5000×I÷8-2.5=R（1）

式中：I——電流（mA）;

U——蓄電池輸出電壓（V）;

R——車列電空電阻（Ω）

在百分比的計(jì)算過程中共有三個(gè)可變因素，分別是電流互感器發(fā)出的電流信號(hào)、蓄電池輸出電壓值以及計(jì)算時(shí)間，因此使計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤的可能原因?yàn)殡娏骰ジ衅鞴收稀⑿铍姵剌敵鲭妷翰▌?dòng)以及計(jì)算時(shí)間不合適。

2.2?電流互感器故障分析

電流互感器故障會(huì)導(dǎo)致電流信號(hào)異常，從而使百分比計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。分析列車運(yùn)行數(shù)據(jù)電流信號(hào)變化曲線，如圖2所示，大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位狀態(tài)變化后的峰值電流為5.25mA，計(jì)算得到車列電空電阻為134Ω，對(duì)應(yīng)百分比為100%，表明電流互感器發(fā)出的電流信號(hào)正常，因此可以排除電流互感器故障導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。

2.3?蓄電池輸出電壓波動(dòng)分析

列車運(yùn)行中蓄電池輸出電壓值呈現(xiàn)周期性的波動(dòng)，如圖3（a）所示，并且存在電壓值波動(dòng)與大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位狀態(tài)變化重疊的情況，如圖3（b）所示。

（a）蓄電池輸出電壓波動(dòng)????（b）運(yùn)轉(zhuǎn)位狀態(tài)變化?與電壓波動(dòng)重疊

根據(jù)車列電空回路電阻計(jì)算原理（見公式1），當(dāng)蓄電池輸出電壓上升，計(jì)算得出的車列電空電阻上升，這可能會(huì)使百分比低于100%。需要通過計(jì)算來分析蓄電池輸出電壓的波動(dòng)是否會(huì)影響百分比。

使用運(yùn)轉(zhuǎn)位變化后峰值電流信號(hào)5.25mA計(jì)算，當(dāng)蓄電池輸出電壓在額定電壓110V時(shí)，車列電空電阻值為134Ω，對(duì)應(yīng)百分比為100%;當(dāng)電壓上升到理論最大值137.5V時(shí)，電阻值增加至168Ω，對(duì)應(yīng)的百分比仍為100%，表明電壓在理論范圍內(nèi)波動(dòng)不會(huì)對(duì)百分比產(chǎn)生影響。分析列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，蓄電池峰值電壓為114V，在正常范圍內(nèi)。因此可以排除蓄電池輸出電壓波動(dòng)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。

2.4?計(jì)算時(shí)間分析

計(jì)算時(shí)間對(duì)百分比的影響即對(duì)電流信號(hào)取值的影響，電流信號(hào)的峰值代表車輛制動(dòng)機(jī)可用數(shù)量的真實(shí)狀態(tài)。需要通過分析列車運(yùn)行數(shù)據(jù)來確定設(shè)定的計(jì)算時(shí)間能否取到電流信號(hào)的峰值用于百分比計(jì)算。

圖4、圖5分別為大閘手柄離開運(yùn)轉(zhuǎn)位以及回到運(yùn)轉(zhuǎn)位時(shí)，百分比異常的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)波形圖。波形圖中，大閘手柄在運(yùn)轉(zhuǎn)位時(shí)為高電平、離開運(yùn)轉(zhuǎn)位時(shí)為低電平，電流信號(hào)在大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位狀態(tài)改變后會(huì)產(chǎn)生先上升后下降的變化，時(shí)間t為大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位狀態(tài)變化的時(shí)間點(diǎn)，t+0.7s及t+1.0s為計(jì)算時(shí)間點(diǎn)。

由圖4、圖5可知，大閘手柄離開運(yùn)轉(zhuǎn)位后0.7s時(shí)，電流信號(hào)處于上升狀態(tài)，以及大閘手柄回到運(yùn)轉(zhuǎn)位后1.0s時(shí)，電流信號(hào)已經(jīng)開始下降，在計(jì)算時(shí)間點(diǎn)均未取到電流信號(hào)的峰值，導(dǎo)致百分比計(jì)算結(jié)果不為100%。因此可以得出百分比數(shù)值異常的原因是計(jì)算時(shí)間不合適。

3?故障解決方案

分析故障時(shí)間段列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，如圖6，當(dāng)大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位狀態(tài)變化后，采用0.7s、0.8s、0.9s和1.0s作為計(jì)算時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，具體見下表。

由上表可知，在離開運(yùn)轉(zhuǎn)位的第0.9s和回到運(yùn)轉(zhuǎn)位的第0.8s，取到電流峰值的概率為100%，但考慮到統(tǒng)計(jì)結(jié)果僅代表部分列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，且考慮電流峰值會(huì)持續(xù)一段時(shí)間的特點(diǎn)，采用一定區(qū)間段內(nèi)的電流峰值進(jìn)行計(jì)算成為一種更好地選擇。因此，將百分比計(jì)算邏輯中的由”固定時(shí)間點(diǎn)計(jì)算”修改為“取運(yùn)轉(zhuǎn)位狀態(tài)變化1.0s內(nèi)的電流峰值用作計(jì)算”。該優(yōu)化方案經(jīng)過幾個(gè)月的正線運(yùn)營應(yīng)用，表現(xiàn)良好，沒有再出現(xiàn)異常。

4?結(jié)論

對(duì)于車列電空控制可用車輛百分比計(jì)算參數(shù)中電流取值，采用時(shí)間段內(nèi)的最大值比采用時(shí)間點(diǎn)的方式具有更好地適應(yīng)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張一鳴，羅超，毛金虎，冷波.動(dòng)力集中動(dòng)車組車列電空制動(dòng)控制與故障檢測(cè)方法研究[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2017，24（03）：19-20.

[2]李海濤.200km/h列車電空制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)研究[D].成都：北京交通大學(xué)，2008.

[3]張開文.制動(dòng)[M].北京：中國鐵道出版社，1993.

作者簡(jiǎn)介：劉俊言（1993—），男，漢族，湖南岳陽人，碩士，研究方向：軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)。