HXN3B内燃机车电气设备数据检测分析系统的研制及应用

HXN3B内燃机车电气设备数据检测分析系统的研制及应用

宗宁,赵子强,于成越

中车大连机车车辆有限公司

摘要：当前，我国机车电力产业伴随社会的开展，也越来越注重创新。在运输功能中铁路交通发挥着重要作用，在铁路系统的运行中机车发挥着重要作用。铁路机车在长期运行中，故障是不可避免的，要及时采取纠正措施，了解故障原因，将故障的影响降到最低。在机车的日常运行中，要做好维护保养工作，以发挥早期发现问题和预防故障的作用。本文对车载数据采集装置的数据记录功能、测量功能、数据的系统结构、无线数据传输功能及其功能进行说明，结合机车电气设备数据检测分析系统的需求分析，检测数据的地面分析功能和转储功能，将该系统应用于HXN3型内燃机车控制电路及牵引风机的状态检测，对HXN3B型内燃机车电气设备的故障判定和准确维修进行了有益的考察，取得了良好的效果。

关键词：HXN3B内燃机车；电气设备数据；数据检测分析；系统研制；系统应用

现阶段，是信息技术的时代，时代的需要是电气控制系统的智能化和自动化的实现，电气控制系统的自动化设计应以设计原则为基础，根据专业的电气控制系统要求，逐步发展起来能得到广泛的应用，并能更好地实现电气控制系统的自动化，实现机车企业的现代化和科学发展。所以，机车生产中了解机车电气控制系统自动化设计的重要性起着重要作用。

一、系统结构及功能

（一）系统需求分析

首先，要求同步检测。为达到逻辑确定被测元件失效原因的目的，系统必须具备同步检测数据的能力。以HXN3B型内燃机车为例，在HXN3B型内燃机车控制回路过流故障搜索，多个负载支路在同一个自动保护开关中连接，因此应检测多个负载支路的电流值，该并同时查明特定故障的位置。其次，灵活性要求。系统必须具备足够的灵活性，因为HXN3B型内燃机车结构复杂，零部件数量众多，要依据实际需要检测被试件的技术状态。比如，可以检测电流、电压和温度数据，对于电气设备故障，根据检测结果确定线路状态。对于牵引风机的质量状况，不仅要检测振动和噪声信息，还要检测温度数据、电流数据、电压数据，综合分析质量状况的优劣。第三，数据记录要求。在偶发故障的情况下，让系统记录被测部件和实时检测，系统可以放置在HXN3B型内燃机车上，实现无人值守检测和跟踪，故障的临时过程可在系统提供的数据记录功能中捕获。第四，数据分析的需要。该系统需要数据分析能力，数据之间的关系以便能够检测到并进行比较分析。第五，数据无线传输要求。由于被测部件位置分散有线传输，会干扰HXN3B型内燃机车的正常运行，系统必须无线传输测试数据。第六，便携性要求。该系统仅用于发现HXN3B型内燃机车故障，这就要求系统易于拆卸和安装，体积小。

（二）系统结构

为最大限度发挥地面计算机绘图功能，要降低系统研发难度，达到优化系统结构的目的，将系统分为地面分析和机载数据采集装置两部分。车载数据采集装置由温度、电流、相应的信号处理器、噪声、振动信号传感器、电压、信号集中处理器组成，被测部件的状态信息根据需要检测。地面分析软件将车辆数据采集装置检测到数据导入，制作时序图，在地面计算机上通过安装专用分析软件进行数据对比分析。

（三）系统功能

由于不同类型机车的电气设备的复杂性和差异性，故障类型和条件的多样性，随着时间的推移，系统是电流（包括直流和交流）和电压（包括直流和交流）的总和，噪音、温度、振动7类技术数据分析、记录、检测功能。

1.车上数据采集装置的测量功能

首先，电流测量功能。测量各种牵引电气部件、辅助电路/机车控制电路、牵引风电机等的输入交直流电流，AC0至50A和DC0至50A为测量范围。其次，电压测量功能。AC0至450V和DC0至125V为测量范围，测量各种牵引风扇电机、牵引电气部件、辅助电路/机车控制电路等的直流电压和交流电压。第三，噪声测量功能。30分贝至120分贝为测量范围，测量各类机车运行部件的噪声，如冷却风扇、牵引风扇等设备。第四，温度测量功能。0至100°C为测量范围，测量辅助电机、接触器触点、各种机车、自动保护开关等电路的温度。第五，振动测量功能。0至20mm/s为测量范围，测量各类机车运行部件的振动，如冷却风扇、牵引风扇等设备。

2.车载数据采集装置的数据记录功能

温度、电压、噪声、电流、振动数据等，车载数据采集装置以10次/秒的频率记录，以预定的数据格式记录下来，并保存检测到的数据信息。

3.无线数据传输功能

数据传输该系统采用无线收发模块实现，数据采集装置以发送模块内置于中，信息采集处理器以接收模块内置于中。2.4G扩频传输技术在系统中采用，将采集到的信息上传至信息采集处理器。

4.数据转储功能

有数据转储功能在车载数据采集装置中具备，测试数据可以通过操作界面转储到U盘中，地面分析软件提供数据导入功能，可以将U盘数据导入地面计算机进行分析。

5.探测数据地面分析功能

将检测到的数据信息采用地面分析软件随时间绘制在横轴上，绘制时序图，直观地展示噪声、电流、电压、温度、振动等数据。通过时序图对比分析各种故障数据信息。如图1所示为时序图

图1 时序图

二、HXN3B内燃机车电气设备数据检测分析系统的研制及应用优化

（一）提高HXN3B型内燃机车高压电气设备的绝缘水平

在运行维护过程中HXN3B型内燃机车高压电气设备，对功能部件的绝缘、零部件、线路没有给予足够的重视，导致内部运行和外部环境引起的过电压持续振动。冲击和回击对HXN3B型内燃机车高压电气设备的稳定运行产生了严重影响，需要提高HXN3B型内燃机车高压电气设备的防雷参数，提高HXN3B型内燃机车高压电气设备整个系统的绝缘水平，以抑制外部因素引起的过电压和冲击波。同时，落实HXN3B型内燃机车高压电气设备过电压保护、高压电气设备防雷等技术和措施，从多级防雷和两级绝缘的角度，使HXN3B型内燃机车高压电气设备的安全运行，冲击波和过电压的影响，可以通过两条路径和绝缘层进行多层消除。

（二）严格规范HXN3B型内燃机车高压电气设备运行

HXN3B型内燃机车高压电气设备运行中最重要的不可控因素是人，由于人的思维不足、认知错误、行为错误等原因，对电气设备的稳定性造成影响，容易出现各种错误。操作引起的过电压大致可分为两种，一种是调整机车电力高压电气系统，避免过电压的影响，达到电流电压自动调节的目的，另一种是在机车高压电气设备内部运行时，系统重启和电源中断，避免负载增加等因素导致电力系统出现过电压。由于电流传导、操作错误、电压突变等因素，系统会出现过电压。防治人为因素造成的过电压，需要从两个方面入手。首先，防止违规操作和弄虚作假，有效保护高压电气设备和操作人员的人身安全。其次，规范HXN3B型内燃机车的高压电气设备和操作方法的维护保养，提供有效的保护。

结束语

综上所述，在中国经济发展中能够突出机车电气设备重要性，在电网控制系统设计中，机车电气的设计仍然存在一些困扰各行业的问题。因此，利用高效的电气设备数据检测方法，加强基于网络的机车电气控制系统的设计和研究，为不同类型的质量状态确定提供数据和技术支持，这既是当今这一领域的主要使命，也是未来十年的主要发展方向。

参考文献：

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