160公里動力集中動車組可用車輛百分比異常分析及優化

劉俊言 何小軍

摘?要：動力集中動車組運行過程中出現可用車輛百分比的異常現象。本文以可用車輛百分比為研究對象，分析了可能對其計算結果產生影響的三個因素，得出故障原因是可用車輛百分比計算時間不合理，并使用優化計算時間的方法解決數值異常問題。

關鍵詞：車列電空;可用車輛百分比;時間優化

車列電空制動控制是160公里動力集中動車組制動系統的重要功能，利用電信號代替空氣壓力信號來傳遞制動緩解指令，增加車輛與機車制動的同步性。可用車輛百分比（下文簡稱“百分比”）屬于動車組車列電空功能故障監測的一部分，表示動車組車列電空回路中車輛制動機可用數量占總數的百分比，在司機顯示屏上分0、25%、50%、75%、100%五檔顯示[1-3]。

1?故障現象描述

160公里動力集中動車組運行過程中，出現了百分比異常的現象。百分比在0-100%范圍內波動，正常情況下應恒定在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?百分比計算過程

大閘手柄回到運轉位后的第1.0s，或大閘手柄離開運轉位后的第0.7s，列車上設置的電流互感器采集車列電空回路中0～10A電流信號，將其按線性關系轉換為4～20mA后發送給CCU，CCU根據電流值及蓄電池輸出電壓計算車列電空回路電阻，由電阻與百分比的對應關系得到百分比數值。

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）

在百分比的計算過程中共有三個可變因素，分別是電流互感器發出的電流信號、蓄電池輸出電壓值以及計算時間，因此使計算結果錯誤的可能原因為電流互感器故障、蓄電池輸出電壓波動以及計算時間不合適。

2.2?電流互感器故障分析

電流互感器故障會導致電流信號異常，從而使百分比計算結果錯誤。分析列車運行數據電流信號變化曲線，如圖2所示，大閘運轉位狀態變化后的峰值電流為5.25mA，計算得到車列電空電阻為134Ω，對應百分比為100%，表明電流互感器發出的電流信號正常，因此可以排除電流互感器故障導致計算結果錯誤。

2.3?蓄電池輸出電壓波動分析

列車運行中蓄電池輸出電壓值呈現周期性的波動，如圖3（a）所示，并且存在電壓值波動與大閘運轉位狀態變化重疊的情況，如圖3（b）所示。

（a）蓄電池輸出電壓波動????（b）運轉位狀態變化?與電壓波動重疊

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

使用運轉位變化后峰值電流信號5.25mA計算，當蓄電池輸出電壓在額定電壓110V時，車列電空電阻值為134Ω，對應百分比為100%;當電壓上升到理論最大值137.5V時，電阻值增加至168Ω，對應的百分比仍為100%，表明電壓在理論范圍內波動不會對百分比產生影響。分析列車運行數據，蓄電池峰值電壓為114V，在正常范圍內。因此可以排除蓄電池輸出電壓波動導致計算結果錯誤。

2.4?計算時間分析

計算時間對百分比的影響即對電流信號取值的影響，電流信號的峰值代表車輛制動機可用數量的真實狀態。需要通過分析列車運行數據來確定設定的計算時間能否取到電流信號的峰值用于百分比計算。

圖4、圖5分別為大閘手柄離開運轉位以及回到運轉位時，百分比異常的列車運行數據波形圖。波形圖中，大閘手柄在運轉位時為高電平、離開運轉位時為低電平，電流信號在大閘運轉位狀態改變后會產生先上升后下降的變化，時間t為大閘運轉位狀態變化的時間點，t+0.7s及t+1.0s為計算時間點。

由圖4、圖5可知，大閘手柄離開運轉位后0.7s時，電流信號處于上升狀態，以及大閘手柄回到運轉位后1.0s時，電流信號已經開始下降，在計算時間點均未取到電流信號的峰值，導致百分比計算結果不為100%。因此可以得出百分比數值異常的原因是計算時間不合適。

3?故障解決方案

分析故障時間段列車運行數據，如圖6，當大閘運轉位狀態變化后，采用0.7s、0.8s、0.9s和1.0s作為計算時間點進行計算并進行了數據統計，具體見下表。

由上表可知，在離開運轉位的第0.9s和回到運轉位的第0.8s，取到電流峰值的概率為100%，但考慮到統計結果僅代表部分列車運行數據，且考慮電流峰值會持續一段時間的特點，采用一定區間段內的電流峰值進行計算成為一種更好地選擇。因此，將百分比計算邏輯中的由”固定時間點計算”修改為“取運轉位狀態變化1.0s內的電流峰值用作計算”。該優化方案經過幾個月的正線運營應用，表現良好，沒有再出現異常。

4?結論

對于車列電空控制可用車輛百分比計算參數中電流取值，采用時間段內的最大值比采用時間點的方式具有更好地適應性。

參考文獻：

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

[2]李海濤.200km/h列車電空制動系統技術研究[D].成都：北京交通大學，2008.

[3]張開文.制動[M].北京：中國鐵道出版社，1993.

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