CTCS3-300T列控車載設備測速測距抗干擾的研究

賈云光

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

CTCS3-300T列控車載設備測速測距抗干擾的研究

賈云光

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

重點針對CTCS3-300T列控車載設備在列車運營當中存在測速測距受到干擾時導致停車的問題進行分析及現場測試，從理論上進行驗證，并據此提出可行的解決措施。

CTCS3-300T；ATP；測速測距；ODO無服務；受電弓

圖1 速度傳感器測速原理示意圖

1 背景介紹

測速測距單元在ATP系統中起著至關重要的作用，主要用于精確測量列車的速度，是ATP設備進行列車安全防護的基礎，為了保證速度的可靠性，在CTCS3-300T設備中安裝2套速度傳感器和雷達，這2套設備分別安裝于車體和車輛轉向架上。由于高速動車電磁環境的復雜性，使得列車在運行到某些場合時，出現2套速度傳感器同時測速故障，導致列車停車，從而對運營產生影響，因此，解決好測速測距的干擾問題至關重要。

2 原理介紹

CTCS3-300T車載設備使用2個雙通道霍爾速度傳感器進行測速。速度傳感器安裝于輪軸的測速端蓋上，通過齒輪齒隙變化引起磁場強度的變化產生脈沖來計算列車運行速度，如圖1所示。

為了實現霍爾傳感器對速度方向的判斷，霍爾速度傳感器的測速探頭安裝2個霍爾元件，用于產生兩路脈沖，由于2個霍爾元件分別安裝在速度傳感器探頭的兩個位置，因此，2個霍爾元件產生的脈沖會因齒輪的旋轉方向而產生相位差。制造時，通過合理放置霍爾元件可以使得2個霍爾元件的輸出脈沖產生90°的相位差。如圖2所示，當脈沖超前于90°時，方向為正向；反之為反向。正常情況下，兩路轉速脈沖相位差為90°。

圖2 速度信號相位差

速度傳感器將獲得的脈沖發送至SDU單元，處理后轉換為16進制數據發給SDP模塊。

ATP根據每個速度傳感器的2個通道中信號的相位差來判斷列車運行方向。當2路SDU同時故障、2臺速度傳感器同時故障或者2臺速度傳感器同時受到干擾導致其信號不可用時，ATP車載無法判斷列車運行方向，就會報告ODO無服務故障，導致ATP故障停車。

CTCS3-300T車載的測速測距子系統結構如圖3所示。

圖3 ATP測速差距系統結構圖

3 故障原因分析及查找

3.1 故障原因

下邊log語句為測速測距故障導致停車時的故障語句，其中“Q_ODOSAFE report NOSERVICE”表示測速不可用。

發生ODO無服務故障主要原因：1）SDU單元受到干擾；

2）速度傳感器本身有問題；

3）SDU檢測來自速度傳感器的輸入脈沖（PLD1+PLD2）有大量的噪音，導致2個SDU單元同時報告無效的方向超過1s，此時ATP信息不夠安全，因此會導致ATP停車。

鑒于大部分ODO故障在重啟ATP后消失，因此可以排除速度傳感器本身故障導致的問題。因此，外部環境的干擾是導致速度傳感器ODO無服務故障的原因。

3.2 案例分析

為了找到ODO干擾的途徑及原因，對ODO故障發生時的特點及周邊因素進行綜合考慮，最終發現ODO無服務故障主要跟司機使用受電弓的情況及列車運行的區段有關系，表1所示為某段時間內選取的ODO故障典型案例。

圖4顯示為某次ODO故障時，當時列車正通過分相區，且受電弓采用前弓運行。

圖4中，OLV_out_Vol表示列車弓網電壓的波動，脈沖形式表示列車正在使用前弓運行，MainCBOff表示列車當前處于斷開主斷，正處于分相區處。

表1 某段時間ODO無服務故障典型案例

圖4 JRU分析記錄截圖

3.3 現場測試

為了進一步確認速度傳感器故障與受電弓狀態及分相區的關系，對現場頻發故障的CRH3-3062動車進行了測試，并對波形進行了記錄。

3.3.1 測試內容

1）高速動車組使用前弓（車輛受電弓）運行，列車過分相時，速度傳感器的受干擾情況，連續測量3個分相區。

2）該車使用后弓運行，并通過3個分相區時，故障的發生情況。

3.3.2 測試結果

1）干擾情況

通過現場車輛的測試發現，在列車前弓運行過分相時，速度傳感存在明顯干擾，如圖5所示。

圖5 波形記錄器顯示ODO無服務時的干擾情況

2）使用前弓和后弓過分相的對比分析

司機使用前弓經過分相區時，均發生ODO無服務故障；在改用后弓運行時，未發生ODO無服務故障。表2所示為3062車在廣州—韶關分別使用前弓運行和后弓運行且通過分相區時故障情況。

表2 使用前弓和后弓過分相區時ODO故障情況

從以上測試確定了ODO無服務故障與車輛受電弓的狀態及分相區的關系。

4 理論分析

為了進一步研究車輛升前弓與升后弓的區別，將車輛的受電弓到車輪接地進行研究，找到兩者的差別，為進一步的措施找到依據。

4.1 受電弓電路模型

車輛前受電弓、后受電弓簡化的電路如圖6所示。在前受電弓工作時，后受電弓不工作；在后受電弓工作時，前受電弓不工作。每個受電弓升弓受電時，均通過4個車輪接地。

圖6 車輛受電弓接地模型圖

使用1端ATP工作時，對應為2車的速度傳感器；使用8端ATP時，對應為7車的速度傳感器。

本節均假設使用1端ATP，司機室為1端占用。則2車的受電弓為前弓，7車的受電弓為后弓。

4.2 等效電路模型

上述受電弓電路模型可以簡化為如圖7所示電路模型，本電路模型只做簡化計算，為故障查找提供定型分析，因此忽略了電感電容的影響。

圖7 車輛受電弓簡化模型電路

假設通過前弓的電流為I1，通過后弓的電流為

I2。

4.3 計算分析

I1為流過前弓的電流。

由于兩車電纜、牽引變壓器等設備相同，電路中R1=R2；

可以得出：

因此可以看到，在不考慮電路電感及電容因素的情況下，前弓通過的電流大于后弓的電流。

在考慮瞬態情況下，其通過的電流也高于后弓通過的電流，其所造成的干擾會大于后弓所產生的干擾。

從上述中可以看出，當R越大時，I1越大，所造成的瞬間干擾越大，由于R為從2車到7車將近120m長電纜組成，其中包含若干接插件。任何瞬間的接觸不良都有可能造成R的增加[1，2,3]。

5 解決措施

根據電磁兼容理論，電磁干擾的3要素是：電磁干擾源、耦合途徑及敏感設備[4，5]，因此解決電磁兼容問題只能從這3個方面入手。

1）提高敏感設備的抗干擾能力；

2）切斷耦合路徑；

3）降低干擾源的噪聲。

在本次問題研究中，速度傳感器為敏感設備，干擾源為受電弓引起的接地回流，耦合路徑為空間干擾。

5.1 提高速度傳感器抗干擾能力

提高速度傳感器的抗干擾能力，為此選擇了干擾能力更強的B型速度傳感器，并通過現場對比測試確認了新B型速度傳感器抗干擾能力好于既有的A型速度傳感器，如圖8、9所示。

5.2 變更速度傳感器安裝位置

通過將速度傳感器安裝在遠離接地回流單元的軸端可以切斷干擾路徑，并且遠離干擾源。目前，該措施已經在新出廠的CRH380B型車上進行試驗安裝，到目前為止未出現該故障。

如圖10所示，右圖為速度傳感器的既有安裝位置，左圖為沒有接地回流線的安裝位置。

5.3 盡量使用后弓運行

圖8 既有速度傳感器過分相時的波形

圖9 換型后速度傳感器過分相時的波形圖

圖10 更換位置前后接地回流線回流對比

為了降低干擾源的干擾，在列車運行過程中，通過使用后弓運行可有效降低ATP的ODO無服務的故障。

6 總結

通過對速度傳感器原理的分析及現場測試，找出導致ODO無服務故障的原因及干擾源。同時，根據對干擾源進行模型化的理論分析，確認了升前弓導致測速差距故障的原因，并據此提出一些可行的措施，且進行了驗證。

[1] 霍宏艷.高速動車電磁騷擾源建模仿真分析[D].北京：北京交通大學，2010.

[2] 姜東杰.CRH3型車動車牽引傳動系統[J].鐵道機車車輛，2008，28（增1）：95-100.

[3] 聶穎.高速動車組升弓浪涌過電壓研究[J].機車電傳動，2013（4）：9-11.

[4] 楊克俊.電磁兼容原理與設計技術[M].2版.北京：人民郵電出版社，2011.

[5] Clayton R.Paul.電磁兼容導論[M].聞映紅,等譯.北京：機械工業出版社，2006.

Due to interference to the speed and distance measuring unit of CTCS-300T onboard equipment, the train will brake. For solving the problem of interference, the paper presents the analysis and fi eld testing contents with theoretical verifi cation, and puts forward the feasible measures based on the analysis and testing.

CTCS3-300T; ATP; speed and distance measuring; ODO without service; pantograph

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.02.002

2014-04-30）

鐵道部科技研究開發計劃（BK-2012X001)