CRH3型动车组DC110V接地对车组信号检测影响及优化方法分析

CRH3型动车组DC110V接地对车组信号检测影响及优化方法分析

李秋宝陈晨尹纪彦纪策

中车唐山机车车辆有限公司河北唐山063000

摘要：介绍了CRH3型动车组DC110V供电及接地方式，对动车组开关器件状态反馈信号检测模型进行了分析，根据车组DC110V接地方式研究了接地故障对开关器件状态反馈信号检测造成的影响，结合实例验证了说法的正确性并提出优化建议，为今后相关问题的解决提供了思路。

关键词：接地模型；状态反馈信号；信号检测模型；信号检测影响；优化方法

TheanalysisabouttheeffectofDC110VGroundingonCRH3EMUSignalDetectionandtheoptimization

LIQiubao，Chenchen，Yinjiyan，JiCe

（CRRCTANGSHANCO.，LTD，HeBei，TangShan063000，China）

Abstract：IntroducingDC110VpowersupplyandgroundingmethodofCRH3EMU.Analysingswitchingdevices’statefeedbacksignaldetectionmodelofEMU.Doingresearchontheeffectofthegroundfaultonswitchingdevices’statefeedbacksignaldetectionaccordingtotheEMU’sDC110Vgroundingmode；Combiningwithexamplestoverifythecorrectnessoftheargumentandputforwardoptimizations，providingideasforsolvingrelatedproblemsinthefuture.

Keywords：Groundingmode；Statefeedbacksignal；Signaldetectionmodel；Effectofsignaldetection；Optimization

引言

DC110V是CRH3型动车组重要的辅助供电标准形式之一，有非常重要的作用。主要有两部分功能：首先，为各控制单元提供工作电源，保证控制单元可正常启动；其次，为车组开关器件状态反馈信号传输提供电压源，将开关器件动作产生的开关量变化转换为电压值变化，通过各控制单元的二进制采集模块或专用信号采集模块进行采集，使车组各控制单元拥对开关器件状态检测的能力1。

因DC110V在CRH3型动车组中使用广泛，相关电缆铺设量巨大，各种原因导致的接地是DC110V的常见故障情况之一。在列车运用过程中，发现某些接地情况会影响列车对开关器件状态反馈信号的检测。本文针对这种情况，通过对检测原理进行分析，提出优化方案，为相关问题解决提出思路。

1CRH3型动车组DC110V供电及接地模型

CRH3型动车组DC110V供电及接地检测模型图1所示，其中：标号DC+、DC-为电池充电机输出两端，GND为车组公共接地点；器件R1、R2是用于接地检测的分压电阻，C1、C2、C3为滤波电容，T1、T2为测量电池充电机输出两端（即DC+和DC-间）与分压电阻R2两端的电压检测传感器[1]。

图1CRH3型动车组电池充电机供电及接地检测模型

CRH3型动车组的DC110V接地检测方式如下：正常工作情况时，车组DC110V两输出端只通过R1、R2与车组公共地GND相连接。R1、R2的阻值相等，正常情况下DC+、DC-与公共地GND的电压分别约+55V和-55V，即T2检测电压为55V左右。当任意与DC+或DC-连通的线缆和车组公共地GND绝缘性能发生问题从而出现接地情况时，等效于DC+或DC-与公共地GND通过另外的电阻连接。如DC+与公共地GND发生接地情况时，等效于在R2两端并联电阻R4；DC-与公共地发生接地情况，等效于在R1两端并联电阻R3；两种情况均可改变分压电阻R2在串联电路中的电阻比例，进而对T2电压检测传感器检测电压值造成影响。DC+与DC-间电压不受分压电阻阻值变化影响，但因电阻比例的变化会使T2检测的电压发生变化。车组DC110V接地以T2电压（R2两端电压）与T1电压（DC+与DC-间电压）比例关系衡量，超出软件设定范围即认为发生接地故障。

2CRH3型动车组开关器件状态反馈信号检测方式

CRH3型动车组开关器件主要为空气开关和接触器，用于通风机、油泵、高压真空断路器、空气压缩单元等负载的控制。大部分开关器件都有与其联动的辅助触点，开关器件动作的改变可直接反应在辅助触点状态变化上，通过在辅助触点两端分别连接DC110V的正电压输出和车组信号采集单元，即可完成开关器件状态反馈信号的传输。CRH3型动车组最常用的状态反馈信号采集单元为SIGBAS-KILP模块，其内部结构形式如图2：

图2CRH3型动车组SIGBAS-KILP模块信号检测模型

图2中，标号Signal_IN1、Signal_IN2、Signal_IN3为列车开关器件反馈信号检测接入点（只有Signal_IN1画出信号采集通道内部电路，Signal_IN2、Signal_IN3通道内部结构相同，故省略），DC-为DC110V电压输出负端，Data为SIGBAS-KILP内部数据总线；器件R11、R12、R13、R15为限流电阻，用于限制流经晶体管的电流，防止晶体管烧损，R14为三极管偏压电阻D1、D2、D3为输入单路信号状态指示，D4为反向稳压二极管，U1为光电耦合器，用于状态反馈信号与数据总线的隔离。SIGBAS-KILP模块对车组开关器件状态反馈信号检测工作原理为：外部输入信号为高电平时，三极管导通，电流通过R13流入二极管D1和光耦U1，光耦内部光敏三极管产生光电流；外部输入信号为低电平时，三级管截止，光耦U1无光电流产生；光耦的不同状态经处理后生成网络信号传入总线，从而达到状态反馈信号检测的目的。

3CRH3型动车组DC110V接地故障对状态反馈信号检测的影响及相关案例

3.1CRH3型动车组DC110V接地故障对状态反馈信号影响方式分析

SIGBAS-KILP模块相关信号检测逻辑触发参数如下：

“0”信号逻辑电压阈值：0V至35V；

“1”信号逻辑电压阈值：58V至154V。

从CRH3型动车组DC110V供电及接地方式可以看出，车组的公共地与DC110V两端DC+和DC-均有约55V的电势差；实际情况下，分压电阻误差或输出电压偏高，会增加这一数值，已经接近甚至超过SIGBAS-KILP模块的“1”逻辑信号检测阈值。现场测试，车组公共地GND电压下可以很大几率触发SIGBAS-KILP模块的“1”逻辑信号检测。根据接地点的不同，DC110V接地可分为信号线接地和母线接地；当车组DC110V供电母线接地时，只是改变了DC110V供电输出两端与公共地的电压比例关系，SIGBAS-KILP模块内部信号检测功能由DC+和DC-间电势差激活，与公共地GND无直接关系；当接地点为某一信号传输路径时，SIGBAS-KILP模块信号检测部分两端作用电差为公共地GND和DC-，可能会满足“1”信号逻辑电压检测阈值，公共地GND电压就可能会对开关器件状态反馈信号的检测造成影响。

3.2现场相关案例

图3CRH3型动车组车门状态信号传递示意图

以唐车公司CRH3型动车组近期某次故障为例，CRH3型动车组车门为网络-硬线双重检测，车组的开关门状态会通过列车网络和限位开关串联反馈信号共同进行反馈。如：正常情况下，列车开门时列车网络开门信号置“1”，限位开关断开，反馈信号清“0”；反之列车关门时列车网络开门信号清“0”，限位开关接通，反馈信号置“1”。列车中央控制单元会对两种信号进行比较，与软件设定逻辑不符时会报出“车门网络信号与硬线信号不一致”故障。在该故障中，列车线上运行停站办客经常无论开哪侧门均经常出现该问题，库内塞拉门测试时03车经常性触发中央控制单元对“车门网络信号与硬线信号不一致”的故障诊断，线上运行及库内测试车门可正常动作；对车载数据分析，发现故障时列车车门网络信号为门打开，硬线信号显示为门关闭，最终检查情况为限位开关后端信号传输线缆破皮接地，具体示意如下图所示：

后将该段线缆进行更换，多次开关门测试无故障报出。之后对故障进行模拟，将门1和SIGBAS信号采集点间段线缆接地，进行开门测试故障偶发复现。从该故障可以看出，列车上公共地的电压可以触发列车SIGBAS-KILP模块的“1”逻辑信号检测，从而对车组SIGBAS-KILP模块对开关器件反馈信号检测造成影响。

3.3相关优化方法浅述

结合列车信号采集单元SIGBAS-KILP模块的结构特性和DC110V接地对开关器件反馈信号检测的影响方式，可以确定其是因为列车公共地GND与DC110V输出线副端DC-电压差过于接近SIGBAS-KILP模块“1”逻辑信号检测阈值，连接时可以激活SIGBAS-KILP模块内部三极管并产生足够的光电流，从该处分析，提出两点优化建议：

1.如适当提高R11或R13阻值，增强光电耦合器U1内发光二极管电流限制功能，从而提高触发电压阈值。

2.降低列车公共地GND与DC110V输出线副端DC-的电压差，即调整图1中R1、R2的阻值比例，降低干扰的可能性。

4结语

CRH3型动车组开关器件状态反馈信号是车组各控制单元进行车辆控制的重要依据，车组DC110V的接地方式及信号采集单元特性使开关器件状态反馈信号检测在某种接地故障情况下易受影响。因此，在相关故障诊断前，提前进行接地情况确认，可一定程度增加故障诊断准确性。对开关器件状态反馈信号器件的优化，也是十分必要的。