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苏州3号线电客车制动速度传感器信号受干扰原因分析及处理措施

苏先文

摘要：苏州3号线电客车0304车在正线运营期间，发生多次MP1车一位端常用制动显黄后恢复的故障，查看TCMS系统DDU屏故障记录报“2车转向架1制动阀小故障”，“2车转向架1速度传感器故障”，查看制动软件报“速度传感器1干扰故障”。针对此故障分别从受干扰部件、干扰源及干扰路径三个方面对该车进行动态测试，找出干扰产生的原因并提出处理措施。
关键词：速度传感器;信号干扰;接地;牵引逆变器
1 概述
苏州3号线电客车制动系统控制系统采用的是德国克诺尔研发生产的EP2002制动控制系统，该系统为的核心部件为EP2002阀，负责空气制动系统的控制、监控及车辆控制系统的通信。EP2002制动控制系统采用架控式即一个EP2002阀控制1个转向架，当一个EP2002阀故障时，只有1个转向架的制动失效，会减少对车辆产生的影响。3号线电客车EP2002阀控制系统主要有网关阀、智能阀、辅助气路控制面板及其他辅助部件组成。
制动系统速度传感器是制动控制系统的重要组成部件。3号线电客车每根车轴一侧轴箱内安装有一根速度传感器。每个车轴的速度传感器通过连接电缆将速度脉冲信号传输到该转向架的EP2002阀中，EP阀对该信号进行处理并根据制动控制逻辑进行相应的列车制动控制。
本文主要阐述单个转向架制动速度传感器收到干扰的的情况进行分析，寻找干扰源及干扰路径并提出消除干扰的措施，同时探讨单个转向架速度传感器受干扰对制动控制系统产生的影响。
2 制动速度传感器工作原理
脉冲发送器FS01A是用于无接触测量永磁性齿轮（凸极转子）转数的传感器，并以此测量轨道车辆中轴的转数（车辆速度）。该制动速度传感器为霍尔传感器，霍尔传感器其原理是检测霍尔元件的电磁场强度，在齿轮不同位置，通过霍尔元件的磁场强度不同，触发产生方波信号。EP阀直接采集制动速度传感器信息，当EP阀采集方波异常将报出故障信息上传TCMS。
2.1传感器技术特征
传感器FS01A特征：
（1）通过永磁性凸极转子和差动霍耳传感器无接触地测量轮对转数;（2）通过法兰固定在轴的轴承箱上，方便、稳定;（3）电子装置抗极性反接、抗短路。
2.2传感器结构
FS01A传感器主要由一个磁性预加电压磁阻元件和一个接在后面的电子放大器（密封地安装在一个铝制外壳内）组成。特制电缆可很好地避免机械损伤，且敷设简便、安全。
2.3传感器工作方式
在已安装状态下，FS01A传感器扫描一个旋转的永磁性凸极转子，该凸极转子的齿形和齿槽具有预定的几何形状。磁流改变时，差动霍耳传感器中的电压会改变。传感器集成电路将磁场的变化转换为电信号。传感器集成电路的输出端将电源接通或关断。（1）电源“接通”表示高平;（2）电源“关断”表示低平;由单位时间中的脉冲数可获得轴的转数（车辆速度）。在静止状态下输出端为“高平”或“低平”。
3速度传感器受干扰情况描述
苏州地铁3号线0304车，在运营中多次发生MP1车第一个常用制动显黄故障。回库查看故障消失，查看制动系统故障报：速度传感器1干扰故障，查看速度传感器连接器无明显缩针，测量速传对地阻值无异常，检查EP阀采集速度信号的针子的屏蔽层的通断无异常;后将故障位置速度传感器与其它列车同位置传感器对换，上试车线测试故障复现。考虑到该处EP阀采集速度传感器信号，更换该速度传感器连接EP阀，上试车线测试故障依旧发生。从线缆受干扰方面考虑将该速度传感器到EP阀的连接线进行重新布线，故障仍然发生，排除速度传感器连接线缆干扰。
在试车线尝试切除MP1车牵引逆变器后测试，多次测试故障未再复现，采集MP1车一位端转向架速度传感器信号未发现异常，证明在切除MP1车牵引逆变器后该速度传感器信号未受到干扰。
4制动速度传感器试验数据及分析
针对0304车MP1速度传感器受干扰情况在试车线测试采集速度传感器数据。采集MP1车转向架1、軸1速度传感器信号数据如下：
（1）紧急制动轴速（15km/h）
当列车15km/h初速度施加紧急制动时，停车后2～3s轴速无突变，轴1速度传感器无干扰信号，如图1所示;
（2）常用制动轴速（15km/）
当列车15km/h初速度施加常用制动时，停车后2～3s后，轴1速度传感器有干扰信号发生，如图2所示;
（3）快速制动轴速（15km/）
当列车15km/h初速度施加快速制动时，停车后2～3s后，轴1速度传感器有干扰信号发生，如图3所示;
（4）切除MP1车牵引逆变器（15km/h）快速制动
当列车切除MP1车牵引逆变器后以15km/h初速度施加快速制动时，停车后2～3s后，轴1速度传感器无干扰信号发生，如图4所示;
（5）1轴/2轴速传轴端均接地下克诺尔速传信号，以15km/h初速度快速制动
通过上述分析，转向架1轴1速度传感器干扰信号发生在电制动工况下：在初速15km/h的紧急制动工况下，该速传信号未受到干扰，但在常用制动与快速制动工况下，该速度传感器信号都受到了干扰，在切除牵引电制动后，该干扰信号也未发生。通过以上数据分析对比，推测为牵引逆变器或电机存在接地不良情况。
（6）测量牵引电机动力线缆屏蔽层接地情况
断开MP1车连接至牵引逆变器的电缆，测量MP1车转向架1电机电缆屏蔽层对地阻值，测量结果该阻值为4.2KΩ，同样方法测量M1车转向架1电机电缆屏蔽层对地阻值，测量结果该阻值为0.1Ω，从测量结果可知MP1车电机电缆屏蔽层对地阻值存在异常。
检查发现U相电机线缆屏蔽层压接不符合工艺要求，重新安装格兰头后测量阻值约为0.1Ω，在正常范围。
在试车线进行15km/h常用制动、快速制动动态测试，干扰信号消失，因此，确定此速传干扰信号是由于电机屏蔽层制作不符合工艺要求导致，测试结果如图5、图6所示。
5 结语
通过对15km/h初速度下，紧急制动、常用制动、快速制动以及切除MP1车电制动快速制动等工况下轴1速度传感器信号数据的采集与分析，我们发现，在紧急制动工况下轴1无干扰信号、常用制动和快速制动工况下轴1都存在干扰信号、切除MP1车电制动后轴1也无干扰信号。通过以上分析发现在15km/h初速度的工况，只要有电制动参与都会有速度传感器干扰信号发生。
参考文献：
[1]马喜成 龙倩倩.地铁车辆用EP2002制动控制系统[J].机车电传动，2007（4）.
[2]张国芹 高国强.车体过电压对动车组轴端速度传感器的影响机理 [J].城市轨道交通研究，2019（2）.
（作者单位：苏州市轨道交通集团有限公司运营一分公司）

-全文完-