宋雨哲　馬英超　么舜禹

摘 要：本文通過對高速動車組通信總線、整體控制方式、核心部件的冗余情況的研究分析，提出了高速動車組故障診斷方法，尤其在如何快速準確確認故障點方面，提供了新的有效手段，拓展了故障處理思維，打破了以往的故障處理常規(guī)，得到了動車組運用、維護中故障處理的新思維和新方法。

關鍵詞：冗余設計；高速動車組；故障診斷；新思維新方法

高速動車組運行速度高，控制系統(tǒng)復雜。為了提高車組運用的安全性與可靠性，保證單個元件的損壞不會影響列車的正常運行，采用冗余的方式對高速動車組的設計是必須的，充分利用高速動車組的冗余設計概念可以提高動車組故障診斷效率。

一、列車通信總線的冗余設計

CRH3型動車組控制系統(tǒng)主要采用列車級-WTB（Wire Train Bus）列車總線、車輛級-MVB（Multifunction Vehicles Bus）多功能車輛總線兩級總線構成的TCN列車控制網絡。以CRH380B型動車組網絡拓撲結構為例，

CRH3型動車組通信系統(tǒng)在冗余上WTB和MVB是類似的，各個數據總線通過Line A和Line B同時發(fā)送相同的數據，但相關的設備只從其中一條線路接受數據，此線路稱作信任線，設備同時監(jiān)視另一條線路，此線路稱為監(jiān)視線。當滿足一定條件時，設備交換信任線和監(jiān)視線。

二、 列車整體控制方式冗余分析

CRH3型動車組高壓系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等控制都是由列車的網絡控制系統(tǒng)完成的，出于列車安全性的考慮，相關的系統(tǒng)都設有硬件的保護電路。其中每個牽引單元設有一個完整的高壓系統(tǒng)，車頂隔離開關用來隔離故障牽引單元，緊急關斷環(huán)路用于高壓系統(tǒng)故障情況下的緊急關斷；牽引系統(tǒng)設有系統(tǒng)輸入輸出旁路模塊（SKS）；制動系統(tǒng)設有緊急制動環(huán)路、乘客緊急制動環(huán)路、停放制動監(jiān)控環(huán)路、制動緩解環(huán)路等相關的安全環(huán)路；門系統(tǒng)通過車門關閉的硬線信號檢測車門的關閉狀態(tài)，以保證車組的行車安全。

三、 列車核心部件的冗余

為了提高高速動車組的安全性和可靠性，CRH3型動車組的列車網絡控制系統(tǒng)的核心部件如中央控制單元、網關、輸入輸出接口都采用冗余設計，同時在輔助供電電路的設計中，考慮了冗余的負載由不同的供電母線供電，提高了輔助供電系統(tǒng)故障情況下網絡設備的可用性。

四、 利用冗余設計進行列車故障診斷

1. 核心部件冗余設計的應用

CRH3型動車組每個牽引單元的兩個冗余CCU（中央處理單元），一個處于主控狀態(tài)（主CCU），另一個處于熱備狀態(tài)（從CCU），如果主CCU發(fā)生故障，則原來的從CCU將轉換為主CCU，但主從CCU同時對列車的高壓系統(tǒng)進行監(jiān)控保護。

列車CCU狀態(tài)正常繼電器=22-K52，=22-K54分別向本CCU反饋另一個CCU工作正常信號，當CCU故障時，故障CCU狀態(tài)正常繼電器將失電。列車CCU為主CCU狀態(tài)繼電器保證了CCU為主時的控制功能。利用以上冗余控制原理可以很好的處理CCU引發(fā)的相關系統(tǒng)的故障。

1.1 ASD緊急制動不緩解故障

操作ASD元件的情況下，通過斷開兩個ASD輸出來切斷ASD回路。如果司機室處于無人狀態(tài)（例如在從動牽引單元中），執(zhí)行ASD功能的軟件無效。此外，如果CCU1（CCU2）是主控的，CCU2（CCU1）通過切斷 “CCU2（CCU1）為主控” 的繼電器，使其輸出無效。

通過以上冗余設計原理分析：ASD的控制功能由列車級的主CCU進行控制，根據冗余CCU的主從狀態(tài)的切換可以判斷列車的冗余控制故障還是ASD狀態(tài)繼電器（=43-K41）的線路故障。

例如：

某CRH380BL車HIM屏幕上報16車ASD環(huán)路無法建立。充風不能進行，制動無法緩解。查看CCU1為主CCU，切除CCU1，以CCU2為主CCU，ASD環(huán)路正常。將CCU1和CCU2的C103板卡進行更換，故障轉移到CCU2，更換故障C103板卡后ASD功能正常。利用冗余原理已快速的處理CRH380B6412L、CRH380B6418L等動車組ASD系統(tǒng)故障。

1.2 差動電流報警誤觸發(fā)

CRH3型動車組由2個高壓系統(tǒng)組成，其中受電弓升起的單元為列車的主高壓系統(tǒng)。列車的中央控制單元（CCU）對列車的高壓系統(tǒng)進行監(jiān)控保護，主要執(zhí)行的功能有：受電弓的控制、主斷路器的控制、車頂高壓線路分離開關的控制、主變壓器封鎖。高壓系統(tǒng)相關電壓電流的監(jiān)控由互感器執(zhí)行。

通過高壓系統(tǒng)冗余原理分析：列車中央控制單元（CCU）對高壓系統(tǒng)的線電壓、線電流、變壓器電流進行監(jiān)控分析，可以將其中之一的冗余CCU切除處理，以判斷列車的冗余控制系統(tǒng)故障還是車組的電氣線路故障。

某CRH380B（非高寒）動車組8車占用，升2車受電弓，07：59分，1車報CCU 2：差動電流監(jiān)控：響應軟件保護，代碼：633B。2車主斷、隔離開關自動鎖閉，對1車進行CCU軟件復位，1分鐘后故障再次報出，后切除1車CCU2。車組正常。后續(xù)檢查發(fā)現CCU2的G055板卡檢測到的接地電流值存在較大范圍的偏移，導致列車報出差動電流故障。該處理方法通過切除冗余CCU的方案，進行應急處理故障判斷。利用CCU的冗余設計在快速處理多起網側過流等多起列車高壓系統(tǒng)故障中得到很好的應用。

2.整體冗余設計的應用

2.1 主斷無法閉合

動車組高壓系統(tǒng)在整體上采用冗余設計，每個牽引單元設計成一個完整的高壓系統(tǒng)，兩個牽引單元間通車頂隔離開關相連。正常情況下，當本牽引單元和臨牽引單元同時滿足列車主斷閉合的條件時，可以由司機手動閉合本動車組的主斷路器；故障情況下可以通過切除車頂隔離開關隔離故障單元，以達到升弓合主斷路器的目的。

通過高壓系統(tǒng)冗余分析：可以將列車的車頂隔離開關切除，確定故障車組的所在的牽引單元；再通過切除牽引變流器（TCU）和冗余CCU進一步對列車故障快速準確的判斷。

某CRH380B車組，00車主控，動車組于蘭州西所存車場供電時，02車主斷路器無法閉合，并報代碼：6305：通過VCB釋放環(huán)路斷開真空斷路器經隨車機械師檢查確認后換升07車受電弓，07車主斷仍然無法閉合，利用動車組冗余設計原理，升7車受電弓，切除2車隔離開關，主斷閉合；升2車受電弓時，主斷無法閉合。判斷為2車受電弓所在牽引單元存在故障。隨后分別切除該牽引單元兩個TCU，故障依然存在；在分別關閉該牽引單元兩個CCU，當關閉1車CCU1時主斷閉合正常，最終確認為CCU1的C103板卡故障，更換后車組狀態(tài)正常。該方法已成功運用在車組的運用及維護中且快速處理多起牽引高壓系統(tǒng)故障。

2.2 緊急制動試驗：緊急制動回路打開有問題

動車組在進行菜單引導的緊急制動試驗時，當司機制動閥C23被置于EB位時，列車級制動管理器（TBM）通過列車的WTB和MVB網絡由分段制動管理器（SBM）命令本地制動控制單元檢查緊急制動回路（EBL）的打開、相關的閥組件及壓力傳感器等的動作狀態(tài)。緊急制動回路（EBL）的狀態(tài)由制動控制單元（BCU）和中央控制單元（CCU）同時進行狀態(tài)監(jiān)控。

通過緊急制動試驗原理分析：車組進行菜單引導的緊急制動試驗時，EBL打開，BCU對回路的打開及制動系統(tǒng)的相關元件進行狀態(tài)檢查，CCU對EBL進行狀態(tài)檢查同時與來自制動控制單元（BCU）的關于EBL打開的狀態(tài)信號進行判斷比較，通過分析緊急制動的網絡控制和硬線電路的冗余設計可知，當只有BCU檢測到故障時優(yōu)先檢查制動系統(tǒng)相關元件；當只有CCU檢查到EBL環(huán)路狀態(tài)故障時檢查列車的通信狀態(tài)；當BCU和CCU同時檢查到故障時，優(yōu)先檢查EBL狀態(tài)繼電器。

五、總結

CRH3型動車組冗余設計對列車安全穩(wěn)定運營起到至關重要的作用，充分理解動車組冗余設計的概念和意義，對動車組的運用及維護至關重要。車組在運用過程中切除冗余的故障部件，可以保證車組的穩(wěn)定運行；故障診斷時，利用冗余的概念同樣可以做到事半功倍的效果。動車組冗余設計為列車的運用維護、故障診斷提出了新思維和新方法，意義重大。

參考文獻：

[1] CRH380BL動車組設計概念-列車通信與控制. 唐車公司.

[2] CRH380BL動車組設計概念-司機警惕裝置. 唐車公司.