160公里动力集中动车组可用车辆百分比异常分析及优化

刘俊言 何小军

摘 要：动力集中动车组运行过程中出现可用车辆百分比的异常现象。本文以可用车辆百分比为研究对象，分析了可能对其计算结果产生影响的三个因素，得出故障原因是可用车辆百分比计算时间不合理，并使用优化计算时间的方法解决数值异常问题。

关键词：车列电空;可用车辆百分比;时间优化

车列电空制动控制是160公里动力集中动车组制动系统的重要功能，利用电信号代替空气压力信号来传递制动缓解指令，增加车辆与机车制动的同步性。可用车辆百分比（下文简称“百分比”）属于动车组车列电空功能故障监测的一部分，表示动车组车列电空回路中车辆制动机可用数量占总数的百分比，在司机显示屏上分0、25%、50%、75%、100%五档显示[1-3]。

1 故障现象描述

160公里动力集中动车组运行过程中，出现了百分比异常的现象。百分比在0-100%范围内波动，正常情况下应恒定在100%。图1分别是百分比正常及异常情况示例。

2 故障原因分析

2.1 百分比计算过程

大闸手柄回到运转位后的第1.0s，或大闸手柄离开运转位后的第0.7s，列车上设置的电流互感器采集车列电空回路中0～10A电流信号，将其按线性关系转换为4～20mA后发送给CCU，CCU根据电流值及蓄电池输出电压计算车列电空回路电阻，由电阻与百分比的对应关系得到百分比数值。

U÷5000×I÷8-2.5=R（1）

式中：I——电流（mA）;

U——蓄电池输出电压（V）;

R——车列电空电阻（Ω）

在百分比的计算过程中共有三个可变因素，分别是电流互感器发出的电流信号、蓄电池输出电压值以及计算时间，因此使计算结果错误的可能原因为电流互感器故障、蓄电池输出电压波动以及计算时间不合适。

2.2 电流互感器故障分析

电流互感器故障会导致电流信号异常，从而使百分比计算结果错误。分析列车运行数据电流信号变化曲线，如图2所示，大闸运转位状态变化后的峰值电流为5.25mA，计算得到车列电空电阻为134Ω，对应百分比为100%，表明电流互感器发出的电流信号正常，因此可以排除电流互感器故障导致计算结果错误。

2.3 蓄电池输出电压波动分析

列车运行中蓄电池输出电压值呈现周期性的波动，如图3（a）所示，并且存在电压值波动与大闸运转位状态变化重叠的情况，如图3（b）所示。

（a）蓄电池输出电压波动    （b）运转位状态变化 与电压波动重叠

根据车列电空回路电阻计算原理（见公式1），当蓄电池输出电压上升，计算得出的车列电空电阻上升，这可能会使百分比低于100%。需要通过计算来分析蓄电池输出电压的波动是否会影响百分比。

使用运转位变化后峰值电流信号5.25mA计算，当蓄电池输出电压在额定电压110V时，车列电空电阻值为134Ω，对应百分比为100%;当电压上升到理论最大值137.5V时，电阻值增加至168Ω，对应的百分比仍为100%，表明电压在理论范围内波动不会对百分比产生影响。分析列车运行数据，蓄电池峰值电压为114V，在正常范围内。因此可以排除蓄电池输出电压波动导致计算结果错误。

2.4 计算时间分析

计算时间对百分比的影响即对电流信号取值的影响，电流信号的峰值代表车辆制动机可用数量的真实状态。需要通过分析列车运行数据来确定设定的计算时间能否取到电流信号的峰值用于百分比计算。

图4、图5分别为大闸手柄离开运转位以及回到运转位时，百分比异常的列车运行数据波形图。波形图中，大闸手柄在运转位时为高电平、离开运转位时为低电平，电流信号在大闸运转位状态改变后会产生先上升后下降的变化，时间t为大闸运转位状态变化的时间点，t+0.7s及t+1.0s为计算时间点。

由图4、图5可知，大闸手柄离开运转位后0.7s时，电流信号处于上升状态，以及大闸手柄回到运转位后1.0s时，电流信号已经开始下降，在计算时间点均未取到电流信号的峰值，导致百分比计算结果不为100%。因此可以得出百分比数值异常的原因是计算时间不合适。

3 故障解决方案

分析故障时间段列车运行数据，如图6，当大闸运转位状态变化后，采用0.7s、0.8s、0.9s和1.0s作为计算时间点进行计算并进行了数据统计，具体见下表。

由上表可知，在离开运转位的第0.9s和回到运转位的第0.8s，取到电流峰值的概率为100%，但考慮到统计结果仅代表部分列车运行数据，且考虑电流峰值会持续一段时间的特点，采用一定区间段内的电流峰值进行计算成为一种更好地选择。因此，将百分比计算逻辑中的由”固定时间点计算”修改为“取运转位状态变化1.0s内的电流峰值用作计算”。该优化方案经过几个月的正线运营应用，表现良好，没有再出现异常。

4 结论

对于车列电空控制可用车辆百分比计算参数中电流取值，采用时间段内的最大值比采用时间点的方式具有更好地适应性。

参考文献：

[1]张一鸣，罗超，毛金虎，冷波.动力集中动车组车列电空制动控制与故障检测方法研究[J].技术与市场，2017，24（03）：19-20.

[2]李海涛.200km/h列车电空制动系统技术研究[D].成都：北京交通大学，2008.

[3]张开文.制动[M].北京：中国铁道出版社，1993.

作者简介：刘俊言（1993—），男，汉族，湖南岳阳人，硕士，研究方向：轨道交通车辆制动系统。