薛文敏

（中國鐵路南昌局集團有限公司福州動車段，福州 350001）

2019年福州動車段運用中發(fā)生多件CRH1A型動車組輪徑不合格故障，通過輪徑校準(zhǔn)后大部分故障能立即消除，但是少數(shù)件因校正不成功導(dǎo)致動車組牽引缺失，造成限速運行。為分析故障原因，文中從動車組輪徑校準(zhǔn)原理入手，綜合故障數(shù)據(jù)進行分析，并提出防范的措施，減少對運輸秩序的干擾。

1 CRH1A型動車組輪徑校正原理分析

1.1 觸發(fā)動車組輪徑校正的條件

CRH1A型動車組的輪徑值分別存儲在列車診斷系統(tǒng)和PCU（Propulsion Control Unit，牽引控制單元）內(nèi)，當(dāng)PCU內(nèi)存儲的輪徑值與BCU（Brake Control Unit，制動控制單元）內(nèi)各傳感器計算出的輪徑值存在較大差異時，PCU會反饋一個“需要進行輪徑校準(zhǔn)”的信號給列車控制系統(tǒng)，并顯示在IDU（Intelligent Display Unit，智能顯示單元）上，司機通過IDU上的輪徑校準(zhǔn)按鈕實施輪徑校準(zhǔn)。

根據(jù)CRH1A型動車組輪徑校正設(shè)計邏輯，以下2項其中任意一項滿足條件，動車組IDU根據(jù)系統(tǒng)測算結(jié)果提示“需要進行輪徑校準(zhǔn)”，如圖1所示［1］。

圖1 輪徑校正的邏輯原理圖

（1）動車組的列車控制系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)內(nèi)存儲的輪徑值超出范圍（835～925 mm，其中915 mm為默認輪徑值）。

（2）動車組防滑功能未激活情況下，同一單元組內(nèi)最大—最小速度的差值＞6 km/h。

動車組實施校準(zhǔn)后，系統(tǒng)會重新計算一個新的輪徑值存入PCU內(nèi)，系統(tǒng)根據(jù)校準(zhǔn)后寫入的輪徑值重新計算列車速度，此時如果同一單元組內(nèi)計算出的最大速度與最小速度的差值＜3 km/h，“需要進行輪徑校準(zhǔn)”提示信息會自動結(jié)束。

IDU會彈屏報B類警報對司機進行提示，“當(dāng)前故障”按鈕的顏色變?yōu)辄S色對司機再次提示，司機點擊后可進行問題查詢，查詢界面如圖2所示。

圖2 動車組IDU顯示的故障界面

1.2 滿足輪徑校正動作的條件

根據(jù)CRH1A型動車組軟件設(shè)計原理，CRH1A型動車組在運行過程中，需要完成輪徑校正并取得成功，必須同時滿足以下條件：

（1）動車組處于平直線路上。

（2）GPS速度信號有效。

（3）30 km/h＜速度＜130 km/h。

（4）惰行30 s。

由于以上因素，存在的問題：因校準(zhǔn)起始速度較低（30 km/h），在低速過彎道（如進出站）時，動車組頻繁進行輪徑校準(zhǔn)；受線路環(huán)境影響，在輪徑校準(zhǔn)實施過程中，因校準(zhǔn)計算的輪徑值與實際輪徑值出現(xiàn)較大偏差，報出多個MCM（Motor Converter Module，電機變流器模塊）輪徑不合格和防滑故障。

進行輪徑校正步驟：司機點擊IDU上的“輪徑校準(zhǔn)”按鈕，按鈕被按下后由黑色變?yōu)榛疑?，待輪徑校?zhǔn)結(jié)束后，按鈕顏色由灰色恢復(fù)成黑色，如圖3所示。

圖3 進行輪徑校正的步驟

2 輪徑校準(zhǔn)不成功對動車組運用的影響

輪徑值校正異常最終經(jīng)常伴隨著OVP（Over-Voltage Protection，過電壓保護）電阻過熱現(xiàn)象，OVP電阻器的作用是保護變流器模塊中間直流環(huán)節(jié)。當(dāng)直流環(huán)節(jié)電壓超過1 900 V時，MCM（電機控制單元）啟動斬波功能，通過OVP電阻器消耗直流環(huán)節(jié)多余能量、當(dāng)直流環(huán)節(jié)電壓低于1 840 V時，關(guān)閉MCM斬波功能。

無論牽引還是制動，系統(tǒng)軟件都需計算出所需的牽引力/制動力，并將所需的牽引力/制動力發(fā)送給MCM，MCM計算出相應(yīng)的扭力值，系統(tǒng)設(shè)定的計算公式為式（1）：

通過公式可以看出MCM計算的扭力值與輪徑值相關(guān)，如果控制單元內(nèi)存儲了錯誤的輪徑值將直接導(dǎo)致MCM輸出不對應(yīng)的扭力值。輪徑值偏大會導(dǎo)致MCM計算所需扭力值偏大，所以在MCM輸出牽引力/制動力時實際輸出功率比需求功率偏高，導(dǎo)致MCM反向傳輸至中間直流環(huán)節(jié)上的電壓值偏高，此時需要從OVP電阻器發(fā)熱消耗多余功率，最終引起OVP電阻器溫度超溫。

MCM模塊通過斬波次數(shù)結(jié)合變流器的工作環(huán)境計算OVP電阻溫度，當(dāng)短時間內(nèi)OVP啟動次數(shù)過多時，MCM報出“OVP電阻器溫度高”或“OVP電阻器過熱”故障［2］。當(dāng)列車報出“OVP電阻器過熱”故障時，變流器中間直流環(huán)節(jié)就失去“過壓保護功能”，此時列車為了保護變流器模塊，會通過斷開主斷路器來起到進一步保護作用，最終導(dǎo)致動車組牽引缺失、速度限制，影響動車組正常運行。

3 輪徑校正不成功案例原因分析

2020年5月26日12時30分，某次車（CRH1AA動車組）在其運行區(qū)間，隨車機械師發(fā)現(xiàn)03車報“需要進行輪徑校準(zhǔn)”，通知司機輪徑校準(zhǔn)未成功，通過持續(xù)的輪徑校正操作后，12時41分發(fā)車后輪徑校準(zhǔn)成功，影響本列在該區(qū)間運緩3 min，如圖4所示。

圖4 故障數(shù)據(jù)

3.1 車組輪對數(shù)據(jù)調(diào)查

查看2020年05月26日輪對故障動態(tài)檢測系統(tǒng)中CRH1A-A動車組過車記錄，發(fā)現(xiàn)報出故障單元（01-03車）輪徑值均在規(guī)定限度內(nèi)，同轉(zhuǎn)向架輪徑差符合要求（其中動車同轉(zhuǎn)向架輪徑差≤5 mm，拖車同轉(zhuǎn)向架輪徑差≤10 mm），如圖5所示［3］。

圖5 動車組通過LY檢測數(shù)據(jù)

查看CRH1A-A歷史旋修記錄，CRH1A-A動車組于2020年1月18日在某動車所完成輪對旋修，報出故障單元（01-03車）上一次旋修記錄輪徑值與最近輪徑值相差最大為0.83 mm，最小為0.3 mm，輪徑值變小為正常運用磨耗。

3.2 線路平直性

故障發(fā)生時刻動車組運行于K1 205+000～K1 227+365區(qū) 間。通 過 調(diào) 閱DMS線 路 數(shù) 據(jù)發(fā)現(xiàn)，在進行輪徑校正的區(qū)間坡道情況：K1 205～K1 209區(qū) 間 坡 度 為3‰，K1 209～K1 215區(qū)間坡度為-5‰，K1 216～K1 217區(qū)間坡度為5‰，K1 217～K1 220區(qū)間坡度為-4‰，K1 223～K1 226區(qū)間坡度為3‰，K1 226～K1 228坡度為1‰，該區(qū)段不是平直道存在坡道，影響動車組正常輪徑校準(zhǔn)，如圖6所示。

圖6 線路坡度情況

3.3 GPS速度信號有效性

通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)區(qū)間經(jīng)過5個區(qū)段：隧道①—特大橋①—特大橋②—隧道②—隧道③，動車組在隧道內(nèi)運行GPS信號弱導(dǎo)致無法準(zhǔn)確的進行定位測算，如圖7所示。

圖7 通過線路隧道情況

3.4 運行速度與惰行時間

查看車載數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)線上執(zhí)行輪徑校準(zhǔn)時動車組速度值為112 km/h，符合校準(zhǔn)速度值要求。但是各個單元組的CCU獨自進行輪徑校準(zhǔn)（輪徑校準(zhǔn)時間需要30 s），3個單元組輪徑校準(zhǔn)無法做到完全同步，會有1～3 s的時間差，司機看到“輪徑校準(zhǔn)”按鈕顏色由灰色變黑色和提示Mc1/Md單元組“輪徑校準(zhǔn)”成功后，誤認為所有單元組“輪徑校準(zhǔn)”都已完成，直接提速行車了，導(dǎo)致輪徑校正未真實完成，如圖8所示。

圖8 列車速度和GPS信號情況

綜合以上分析，判斷為區(qū)間受線路坡道及隧道影響，同時在操作上無法滿足輪徑校正的條件，未及時完成輪徑校準(zhǔn)，導(dǎo)致動車組牽引動力丟失，影響正常的運行速度。

4 輪對故障的處置方式

4.1 線路上處置方式

CRH1A型動車組報出輪徑故障后，應(yīng)及時進行輪徑校正以消除故障。輪徑校準(zhǔn)方法為：在平直的開闊區(qū)間（隧道除外），車速在30～130 km/h之間，惰行維持30 s進行校準(zhǔn)至動車組IDU上顯示校準(zhǔn)完成。校準(zhǔn)完成后繼續(xù)運行，若校準(zhǔn)后仍報輪徑超差，則說明輪徑超差限度已超出輪徑校準(zhǔn)范圍，需要維持運行入庫處置［4］。

4.2 入庫故障排查方法

人工復(fù)核輪對故障檢測系統(tǒng)的預(yù)警和報警數(shù)據(jù)，進一步判別動車組是否需要旋輪或更換輪對。換輪或旋輪后，確認輪徑數(shù)據(jù)并根據(jù)輪徑調(diào)整動車組內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)。

5 確保輪徑校正成功的對策

5.1 優(yōu)化動車組輪徑校正啟動邏輯

為避免系統(tǒng)頻繁自動進行輪徑校準(zhǔn)，減輕對運營秩序的影響，通過聯(lián)合主機廠研究，CRH1A型動車組在新版軟件升級后IDU界面增加“輪徑校準(zhǔn)”按鈕進行手動控制。同時將校準(zhǔn)的起始速度由30 km/h提高到90 km/h，便于司機的操作。當(dāng)主控單元組的CCU收到IDU指令后，通過網(wǎng)絡(luò)控制總線將該指令傳遞到其他單元組的單元控CCU，單元控CCU對此命令進行記憶，在滿足條件時，會自動執(zhí)行“輪徑校準(zhǔn)”功能。

5.2 改善IDU操作界面的功能

一是將IDU“輪徑校準(zhǔn)”按鈕顏色復(fù)位功能（由灰色變黑色），由任一單元組“輪徑校準(zhǔn)”成功即可復(fù)位改為需要所有單元組“輪徑校準(zhǔn)”成功。二是對輪徑存儲時間增加3 s延時，存儲后再報出“輪徑校準(zhǔn)已完成”，避免因系統(tǒng)延遲導(dǎo)致頻繁操作。

5.3 人工輸入輪徑數(shù)據(jù)保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常

為保障內(nèi)部默認數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在更換輪對、輪對旋修后，或者CCU被初始化、更換后，及時通過專業(yè)軟件工具TDS-Uploader和DCUTerm將輪徑值寫入動車組系統(tǒng)內(nèi)CCU，確保系統(tǒng)默認的輪徑值處于正常情況。

5.4 采集適用輪徑校正的線路數(shù)據(jù)

輪徑校正需要動車組處于平直線路上和GPS速度信號有效，對線路要求高，目前我段采集運行動車組主要線路共42處適合進行輪徑校正的信息數(shù)據(jù)，當(dāng)故障再次報出后可與司機溝通，在合適區(qū)段進行輪徑校準(zhǔn)，提高輪徑校正的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)束語

文中通過CRH1A型動車組輪徑校準(zhǔn)不成功問題進行分析，結(jié)合近期典型案例剖析，查找該型動車組軟件上存在的不足并提出優(yōu)化的建議，有效的提高輪徑校正的成功率，保障了運營秩序。