王保平

(太原鐵路局 湖東車輛段， 山西大同 037300)

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關于THDS紅外線軸溫探測系統隱性故障的分析與探討

王保平

(太原鐵路局 湖東車輛段， 山西大同 037300)

主要介紹紅外線軸溫探測系統(THDS)的統型機設備近年來在鐵路應用推廣后，系統軸溫探測、故障判斷運用過程中發(fā)現了一些難以識別的隱性故障，并針對湖東車輛段管轄的北同蒲線路的紅外線設備，應用過程中發(fā)現的隱形故障進行了分析探討，總結了故障識別方法，為提高紅外線軸溫探測系統故障識別和處置適應能力，提供了一些參考建議。

紅外線軸溫探測； THDS； 測溫精度； 熱軸誤報

紅外線軸溫探測系統(THDS)是安裝在鐵路線上車輛軸溫安全監(jiān)測系統，采用計算機、光學、自動控制、電子技術，能自動檢測運行列車的各種類型車輛的熱軸故障。具有自動識別客車、貨車，自動計軸計輛、測列車速度、系統自檢等功能，按微熱、強熱、激熱3個等級預報熱軸。它是發(fā)現車輛熱軸、防止熱切軸、保證鐵路運輸安全的重要設施，是提高運輸效率的重要保障。隨著科技的發(fā)展以及鐵路安全運輸形式的需求，紅外線軸溫探測系統(THDS)越來越成為鐵路安全運輸不可或缺的千里眼，對于及時發(fā)現車輛熱軸，防止熱切軸起著舉足輕重的作用。

圖1 紅外線軸溫探測統型機室外設備

1 存在問題

大秦鐵路股份有限公司湖東車輛段管轄紅外線設備分布在大秦線、北同蒲線、京包線等鐵路區(qū)間，上述鐵路區(qū)間的紅外線軸溫探測系統(THDS)由過去的一代機、二代機目前發(fā)展為統型機見圖1所示，紅外線統型機就是各設備廠家出廠設備按照統一制式、統一標準、統一外形生產設備，便于全路推廣使用，目前鐵路應用較多的統型機型號有THDS-A、THDS-BS等類型。

北同蒲線是大秦鐵路運煤的主要通道，目前安裝了THDS-A、THDS-BS型紅外線軸溫探測系統，設備由大秦鐵路股份有限公司湖東車輛段進行維護，經過近年來應用設備日常維護過程中，偶爾會發(fā)生一些隱性故障，這些故障現象往往不明顯，且容易給維護人員造成假象，致使故障處置時間延長，影響正常探測。因此有必要對一些隱性設備故障進行深入分析，找到問題的根本，從而確保設備正常探測。下面根據湖東車輛段實際，對發(fā)生的幾起THDS-A、THDS-BS隱性故障進行分析，并提出整改措施，為今后紅外線軸溫探測系統處置提供建議。

2 故障分析

2.1 光子探頭擋板故障

2015年8月8日23：41分，岱岳下行THDS(A型)探測站通過的72055次，編組105輛，機后81位C80B4388344右2軸、88位C80B4360814 右4軸微熱，經數據分析與前后站溫升對比，溫升異常。調閱過車時設備靜態(tài)數據，各項指標均未見異常，見圖2所示。查看熱軸軸溫波形，波形未見異常。調閱配置參數，發(fā)現兩列車選取的熱靶曲線均為21:13分系統自動進行熱靶標定，熱靶曲線平滑，無拐點，說明探頭線性度良好，右側探頭輸出偏低，但影響程度可以忽略，見圖3所示。

對23:41分通過岱岳的C80B4388344 、C80B4360814進行追蹤，發(fā)現該車通過韓家?guī)X、懷仁、金沙灘下行THDS探測站時，右側內外探探測軸溫相差不大，都在8℃以內，而達到岱岳下行THDS探測站時，外探比內探探測溫度高33℃、21℃，說明外探探測軸溫偏高。

圖2 設備靜態(tài)數據未見異常

通過對比C80B4375796在通過岱岳下行與上一站金沙灘的過車數據發(fā)現，列車通過金沙灘時，右外軸溫均值比右內軸溫均值低3.15℃，而通過岱岳時，右外軸溫均值比右內軸溫均值高3.45℃，說明右外探頭探測軸溫偏高，見表1所示。

圖3 熱靶數據未見異常

表1 岱岳與金沙灘站的過車數據對比 ℃

繼續(xù)進行數據分析，發(fā)現設備在21:13分進行熱靶標定后，在23:58分再次進行熱靶標定，從標定結果來看，右側探頭輸出較21:13分提高。對兩次熱靶數據進行對比發(fā)現，23:58分探頭輸出電壓整體高于21:13分探頭輸出電壓。如在21:13分時，熱靶溫度為80.1℃時，探頭輸出為2.1 V，而在23:58分時，熱靶溫度為52.8℃時，探頭輸出為2.2 V，說明探頭響應率在此期間發(fā)生了明顯變化，見表2所示。

表2 熱靶數據對比

查看熱靶標定時擋板電壓值，21:13分進行熱靶標定時，擋板電壓最大值為3.321 V，較正常情況偏低(擋板完全打開時擋板電壓應大于3.4 V)，說明熱靶標定時，擋板未能全部打開。而23:58分進行熱靶標定時，擋板電壓為3.463 V，恢復正常，見圖4所示。

圖4 擋板電壓值對比

通過以上分析，我們可以將故障復原：設備在21:13分進行自動熱靶標定時，右側外探擋板未能全部打開，造成探頭未能將熱靶輻射的紅外線全部采集，致使探頭輸出電壓偏低，造成響應率低的“假象”，表現為熱靶曲線平緩。而23:58分系統再次進行熱靶標定時，擋板電壓恢復正常(高于3.4 V)，說明擋板完全打開，因此，探頭輸出電壓"恢復"至正常水平。而程序選擇熱靶曲線是根據環(huán)溫、盤溫、器溫等進行，因此，計算溫度采用的熱靶曲線均為最近的21:13分的熱靶曲線，造成了探頭的實際響應率與計算溫度所采用的基準(即熱靶曲線)不匹配，導致計算溫度偏高。對于此類故障，若不進行深入研究，就會誤認為正常預報，影響判斷。

2.2 熱靶曲線異常故障

紅外線軸溫探測系統(THDS)工控機內的AD卡負責將控制箱處理后的信號進行AD轉換，將模擬信號轉換為數字信號，最終由IPC軟件進行計算。因其處在信號處理末端，且性能下降時，容易造成其他故障的“假象”，因此，給正常判斷帶來難度。

2015年8月24日，金沙灘下行THDS探測站提示熱靶曲線異常。維修人員調閱熱靶數據，發(fā)現5:16分左側熱靶輸出電壓有跳變，如圖5所示，遠程重做熱靶后，恢復正常。

圖5 熱靶輸出電壓跳變

06:21分左側熱靶曲線再次發(fā)生電壓跳變現象，初步判斷熱靶或溫度變送器，更換上蓋后熱靶曲線恢復正常。

圖6 更換后熱靶輸出電壓跳變

然而在18:17分，左側熱靶曲線再次異常，如圖6所示，維修人員對測溫板進行更換，25日04:23分，熱靶曲線再次發(fā)生異常表現為兩側熱靶溫度，輸出電壓均為正常值的一半。由此確定為AD卡故障，更換后故障未再發(fā)生。

圖7 熱靶輸出電壓恢復正常

該故障為典型的隱性故障，前期的表象有幾個特點：一是故障為非連續(xù)性的，沒有持續(xù)表現出異?，F象，第一次發(fā)生熱靶曲線異常后，遠程重新進行熱靶標定即恢復正常。二是故障現象較為單一，單純的表現為熱靶曲線異常，且熱靶曲線中只有1個點輸出異常，容易引起誤判。三是該故障直至25日04：23分才明顯的表現出公共問題，給故障點的確定帶來困難。

2.3 IPC軟件選擇熱靶曲線

2015年6月17日15：00分，太原鐵路局動態(tài)檢測北同蒲線韓家?guī)X下行THDS探測站時發(fā)現,設備關鍵探測指標測溫精度偏差較大，內探探頭左側中低溫偏低8.9℃和13.3℃，中高溫偏低14.2℃和15.8℃，內探右側偏低10.5℃和11.1℃。

查看設備近期維護情況，最近一次標定為6月17日04:30～06:30，且精度均在±1℃范圍內，符合要求。進一步分析，發(fā)現韓家?guī)X上行THDS設備在檢測車通過前，于 14:49分自動進行熱靶標定。檢測車通過前，14：57：53系統進行了自動跳檔操作，跳檔后系統自動開始進行熱靶標定。由于此時14：58：10檢測車通過，自動熱靶標定操作停止。過車后，系統計算軸溫時，根據光子探頭器件溫度會自動搜索跳檔后匹配的熱靶曲線，由于系統跳檔后自動做熱靶標定未成功，而導致檢測車通過時系統沒有搜索到最佳的熱靶曲線，而選取了最近的熱靶曲線，致使測溫不準確。

3 改進措施

通過對歷年紅外線軸溫探測系統發(fā)生的故障進行梳理，湖東車輛段組織進行了技術改進，并采取了一些補強措施，以便提前發(fā)現設備隱患。

3.1 加強設備數據調閱

重點是將熱靶曲線前后對比納入到日常數據調閱中，若相鄰熱靶曲線輸出在同一溫度接近飽和的狀態(tài)下，電壓輸出差大于1 V時，須對設備進行進一步檢查，包括對同一列車前后站平均溫升進行對比，查看設備原始數據，確定是否為設備原因。

3.2 總結熱靶曲線異常規(guī)律

對于熱靶數據異常問題，先從熱靶曲線上直觀判斷，即從橫坐標(靶溫)和縱坐標(探頭輸出)上查找問題，一般情況下故障點只有一個，容易分析。統計故障類型有4種：

(1)探頭問題：探頭輸出有跳變或無變化；

(2)靶溫采集問題：熱靶采集有跳變或者無變化；

(3)熱靶加熱問題：靶溫不上升探頭無輸出；

(4)大門開關問題：探頭沒有對著熱靶，輸出異常。

當探測站熱靶曲線多處故障點并存時，如探頭輸出和靶溫采集同時異?；蜷g歇出現時，應該判斷系統采集的公共部分。即AD采集卡和AD電纜。

當出現大范圍的系統指標數據異常，多數情況下為采集出現問題，AD電纜松動或者是AD采集卡出現異常，例如現場設備多數電源電壓出現問題，這種情況一般是AD電纜松動或AD卡出現問題導致。

通過以上判斷步驟，結合原始數據調閱以及現場檢查情況，可以進一步發(fā)現中心所不能發(fā)現的隱性故障，減少故障誤判造成的故障延時和故障重復處理。

3.3 改進熱靶維護措施

為避免因跳檔造成設備無法找到合適的熱靶曲線，每次天窗維修時要避免將全部熱靶曲線清除，須保留1天的熱靶曲線。必要時，須手動進行熱靶標定，為軸溫計算提供依據。

4 相關建議

4.1 引入軸溫判斷模型

由設備廠家收集不同類型軸承的溫度規(guī)律，通過大量的現場數據，形成軸溫模型，在設備無法正常探測時，可以通過不完整的信息來推斷軸承溫度，以此來作為彌補。

4.2 優(yōu)化熱靶曲線選擇功能

一是選擇熱靶曲線時要綜合考慮各方面因素，如晝夜因素，環(huán)境因素，以及綜合考慮探頭輸出的情況，發(fā)生響應率明顯變化的，要重新進行熱靶標定，并進行評判，對于存在故障隱患的，要予以提示，以便及時解決。

4.3 優(yōu)化熱軸預報標準

在原有的預報標準基礎上，通過對問題軸承波形進行比對分析，找出故障軸承曲線的規(guī)律，在微熱的基礎上進行微熱加提示，以便于指導現場扣車。

[1] 趙長波，陳 雷.鐵路貨車軸溫探測與應用概論[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 原中華人民共和國鐵道部.鐵路貨車運用維修規(guī)程[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[3] 原中華人民共和國鐵道部.車輛軸溫智能探測系統(THDS)設備檢修維護管理規(guī)程[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

Analysis and Discussion on the Hidden Trouble of THDS Infrared Axle Temperature Detecting System

WANGBaoping

(Hudong Electric Depot, Taiyuan Railway Bureau, Datong 037300 Shanxi, China)

This paper introduces the infrared axle temperature detection system (THDS) system of machine equipment in recent years in the promotion and application of railway, system of axle temperature detection, fault diagnosis using process found it difficult to identify the fault hidden, and infrared equipment for a Lake East depot under the jurisdiction of the North Tongpu line, found in the process of application of hidden failures are analyzed and discussed in this paper, summarizes the fault recognition method, provides some suggestions to improve the infrared axle temperature detection system fault identification and disposal ability to adapt.

infrared axle temperature detection; THDS; temperature measurement precision; hot axis false alarm

??)男，高級工程師(

2016-03-24)

1008-7842 (2016) 05-0089-04

U260.331+.2

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2016.05.20