CRH380CL型動車組速度傳感器故障診斷探討

王珊 汪勝蘭

摘要：近年來，在信息技術(shù)水平不斷提升的背景下，列車逐漸向智能化方向發(fā)展，但是高速列車在安全運營過程中受到了諸多因素的影響。例如，CRH380CL型動車組的速度傳感器在運行過程中就出現(xiàn)了問題，因此需要明確列車電磁兼容干擾源、傳感器工作原理并做好傳導(dǎo)干擾排查工作。

關(guān)鍵詞：CRH380CL型動車組;速度傳感器;故障診斷

前言：

上海CRH380CL型動車組在無錫站停靠時出現(xiàn)了個別車廂車門無法打開且顯示屏顯示速度不準確等問題，這就屬于速度傳感器電磁兼容問題，研究速度傳感器故障診斷問題有利于保障列車的安全運營，因此本文將對CRH380CL型動車組速度傳感器故障診斷進行簡要分析。

1.列車電磁兼容干擾源

從電磁兼容的內(nèi)容來看，電磁兼容的干擾源主要包括傳導(dǎo)干擾與輻射干擾兩種類型，其中傳導(dǎo)干擾主要是低頻，輻射干擾主要是高頻。

1.1傳導(dǎo)干擾

可將傳導(dǎo)干擾詳細劃分為三種類型，即感性耦合、容性耦合與阻性耦合。受電弓的電壓是27.5kV，可能會產(chǎn)生感性干擾與容性干擾，繼而影響到車內(nèi)設(shè)備連接線。其次，車內(nèi)含有強電纜與弱電纜，不同電壓等級的電纜線之間也會產(chǎn)生感性干擾與容性干擾【1】。電氣化列車需要通過受電弓取流，之后從鋼軌流回牽引變電站，當車體電阻小于鋼軌電阻時，部分電流就會流到車體當中繼而造成阻性干擾。

1.2輻射干擾

輻射干擾包括車內(nèi)干擾與車外干擾兩種類型。其中，車內(nèi)干擾指的是牽引變流器等大功率設(shè)備向外輻射能量，就會對周邊車載設(shè)備造成干擾。而車外干擾指的是弓網(wǎng)離線電弧中，弓網(wǎng)離線瞬間會向外輻射較大的能量，在這一過程中車體雖然具有屏蔽作用，但是耦合也會通過車體窗口進行車廂，甚至?xí)?dǎo)致車體電位不平衡，繼而對車上設(shè)備造成干擾。

2.傳感器的工作原理

CRH380CL型動車組的速度傳感器（如圖一所示）采用的是霍爾傳感器，磁鋼產(chǎn)生恒定的磁場。齒輪與氣隙處兩者之間的磁感應(yīng)強度不同，所以當列車運行時，齒輪轉(zhuǎn)動就會改變傳感器前端的磁場【2】。根據(jù)公式（1）可知，傳感器輸出的電壓是不同幅值的，且電壓波形屬于方波。這一電壓波形會受到差分放大的影響，所以高電平輸出為1400mV，低電平輸出為700mV。

其中，VH代表霍爾傳感器電壓，KH指的是傳感器靈敏系數(shù)，I為傳感器控制電流，B指的是磁感應(yīng)強度。

3.傳導(dǎo)干擾排查

優(yōu)于速度傳感器受到了干擾，速度顯示為6.3km/h。列車輪對直徑D是0.89m，齒輪個數(shù)z為80，所以干擾頻率f為：

從公式（4）可以得出，干擾頻率在50.1Hz，屬于工頻干擾，所以可以判斷其干擾并非輻射干擾，而是傳導(dǎo)干擾【3】。

3.1感性耦合

接觸網(wǎng)和傳感器連接線纜感性耦合模型如圖二所示。

可以將車廂看做圓柱形完全屏蔽層，所以接觸網(wǎng)和傳感器連接線纜的耦合是全屏蔽層，因此：

其中，U2指的是傳感器連接線纜耦合電壓、U12指的是接觸網(wǎng)對傳感器連接線纜耦合電壓、Us2指的是車體對傳感器連接線纜耦合電壓、M12為接觸網(wǎng)與傳感器連接線之間的互感、I1為牽引電流、Ms2為車體與連接線之間的互感、Is為接觸網(wǎng)對車體耦合電流。

公式（5）當中的Is的表達式為：

其中，指的是接觸網(wǎng)對車體耦合電壓、Rs指的是車體電阻、Ls指的是車體自感、M1s指的是接觸網(wǎng)與車體的互感。

基礎(chǔ)網(wǎng)電流I1在車體上感應(yīng)的電流Is所產(chǎn)生的全部磁通量Φ將環(huán)繞傳感線連接線纜，因此車體的自感與車體對連接線纜的互感相同，即Ls=Ms2，且M12=M1s，因此可以將公式（5）轉(zhuǎn)化為：

從公式（8）可以得出，U2與I1之間是呈正比關(guān)系的，而列車只在無錫站停靠時出現(xiàn)了車門打不開、速度顯示不正確等問題，即列車只在無錫站停靠時其速度傳感器受到了干擾，這就說明這一干擾并不是接觸網(wǎng)與傳感器連接線之間的感性耦合造成的。

列車在運行過程中，受電弓會通過接觸網(wǎng)取流，經(jīng)過變壓器降壓處理后會供給驅(qū)動電動機，車內(nèi)當中的電纜線會流通大電流，這時大電流就會影響到信號線。可以通過實驗明確強電流流過是否會在傳感器連接線纜上感應(yīng)到騷擾電壓。CRH380CL型動車組在停站之后，除了輔助變電流其他都不工作，所以工作電流比30A小。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，線纜耦合電壓與強電線輸入電流之間呈正比關(guān)系，當強電線輸入電流時30A時，A線耦合電壓就是25.5mV，當耦合線與強電線的距離變大時，耦合電壓會逐漸降低，但是耦合電壓的最大值不會超過傳感器正常工作時的門限電壓，即不會超過700mV，因此車內(nèi)當中的線纜耦合不會干擾傳感器的正常工作【4】。

3.2容性耦合

接觸網(wǎng)和傳感器連接線纜容性耦合模型如圖三所示。

其中，Us指的是屏蔽體耦合電壓、U1指的是接觸網(wǎng)電壓、C1s指的是接觸網(wǎng)與車體之間的電容、Csg指的是車體與地面之間的電容。

傳感器連接線纜與車體之間的兼容Cs2之間沒有耦合電流通過，所以傳感器連接線纜所耦合的騷擾電壓U2=Us，車體接地后車體對地電位Us=0，所以U2為0。

由于列車所用電纜的外層都含有屏蔽層，同時屏蔽層與車體是連接的，即具有接地效果，因此同槽電纜間電容耦合電壓基本是0，這就可以排除接觸網(wǎng)和車內(nèi)強電線纜與傳感器連接線纜容性耦合干擾。

3.3阻性耦合

車體電阻的阻值比絕緣節(jié)電阻的阻值小，因此當列車風擋位于絕緣節(jié)處時，牽引回流就會通過車體回流。

結(jié)語：

列車電磁兼容干擾源主要包括傳導(dǎo)干擾、輻射干擾，在進行傳導(dǎo)干擾排查時需要綜合考慮感性耦合、容性耦合、阻性耦合等因素。綜合分析CRH380CL型動車組的情況，發(fā)現(xiàn)該動車組的軸端速度傳感器所受干擾為阻性干擾，絕緣節(jié)阻抗大于車體阻抗，需采取合適措施解決問題。

參考文獻

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[3]劉歡， 張巖， 吳艷鵬，等. CRH380B型動車組測速原理及制動系統(tǒng)故障代碼清除方法[J]. 城市軌道交通研究， 2020， v.23;No.209（02）：132-133+137.

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