薛文敏

（中国铁路南昌局集团有限公司福州动车段，福州 350001）

2019年福州动车段运用中发生多件CRH1A型动车组轮径不合格故障，通过轮径校准后大部分故障能立即消除，但是少数件因校正不成功导致动车组牵引缺失，造成限速运行。为分析故障原因，文中从动车组轮径校准原理入手，综合故障数据进行分析，并提出防范的措施，减少对运输秩序的干扰。

1 CRH1A型动车组轮径校正原理分析

1.1 触发动车组轮径校正的条件

CRH1A型动车组的轮径值分别存储在列车诊断系统和PCU（Propulsion Control Unit，牵引控制单元）内，当PCU内存储的轮径值与BCU（Brake Control Unit，制动控制单元）内各传感器计算出的轮径值存在较大差异时，PCU会反馈一个“需要进行轮径校准”的信号给列车控制系统，并显示在IDU（Intelligent Display Unit，智能显示单元）上，司机通过IDU上的轮径校准按钮实施轮径校准。

根据CRH1A型动车组轮径校正设计逻辑，以下2项其中任意一项满足条件，动车组IDU根据系统测算结果提示“需要进行轮径校准”，如图1所示［1］。

图1 轮径校正的逻辑原理图

（1）动车组的列车控制系统检测到系统内存储的轮径值超出范围（835～925 mm，其中915 mm为默认轮径值）。

（2）动车组防滑功能未激活情况下，同一单元组内最大—最小速度的差值＞6 km/h。

动车组实施校准后，系统会重新计算一个新的轮径值存入PCU内，系统根据校准后写入的轮径值重新计算列车速度，此时如果同一单元组内计算出的最大速度与最小速度的差值＜3 km/h，“需要进行轮径校准”提示信息会自动结束。

IDU会弹屏报B类警报对司机进行提示，“当前故障”按钮的颜色变为黄色对司机再次提示，司机点击后可进行问题查询，查询界面如图2所示。

图2 动车组IDU显示的故障界面

1.2 满足轮径校正动作的条件

根据CRH1A型动车组软件设计原理，CRH1A型动车组在运行过程中，需要完成轮径校正并取得成功，必须同时满足以下条件：

（1）动车组处于平直线路上。

（2）GPS速度信号有效。

（3）30 km/h＜速度＜130 km/h。

（4）惰行30 s。

由于以上因素，存在的问题：因校准起始速度较低（30 km/h），在低速过弯道（如进出站）时，动车组频繁进行轮径校准；受线路环境影响，在轮径校准实施过程中，因校准计算的轮径值与实际轮径值出现较大偏差，报出多个MCM（Motor Converter Module，电机变流器模块）轮径不合格和防滑故障。

进行轮径校正步骤：司机点击IDU上的“轮径校准”按钮，按钮被按下后由黑色变为灰色，待轮径校准结束后，按钮颜色由灰色恢复成黑色，如图3所示。

图3 进行轮径校正的步骤

2 轮径校准不成功对动车组运用的影响

轮径值校正异常最终经常伴随着OVP（Over-Voltage Protection，过电压保护）电阻过热现象，OVP电阻器的作用是保护变流器模块中间直流环节。当直流环节电压超过1 900 V时，MCM（电机控制单元）启动斩波功能，通过OVP电阻器消耗直流环节多余能量、当直流环节电压低于1 840 V时，关闭MCM斩波功能。

无论牵引还是制动，系统软件都需计算出所需的牵引力/制动力，并将所需的牵引力/制动力发送给MCM，MCM计算出相应的扭力值，系统设定的计算公式为式（1）：

通过公式可以看出MCM计算的扭力值与轮径值相关，如果控制单元内存储了错误的轮径值将直接导致MCM输出不对应的扭力值。轮径值偏大会导致MCM计算所需扭力值偏大，所以在MCM输出牵引力/制动力时实际输出功率比需求功率偏高，导致MCM反向传输至中间直流环节上的电压值偏高，此时需要从OVP电阻器发热消耗多余功率，最终引起OVP电阻器温度超温。

MCM模块通过斩波次数结合变流器的工作环境计算OVP电阻温度，当短时间内OVP启动次数过多时，MCM报出“OVP电阻器温度高”或“OVP电阻器过热”故障［2］。当列车报出“OVP电阻器过热”故障时，变流器中间直流环节就失去“过压保护功能”，此时列车为了保护变流器模块，会通过断开主断路器来起到进一步保护作用，最终导致动车组牵引缺失、速度限制，影响动车组正常运行。

3 轮径校正不成功案例原因分析

2020年5月26日12时30分，某次车（CRH1AA动车组）在其运行区间，随车机械师发现03车报“需要进行轮径校准”，通知司机轮径校准未成功，通过持续的轮径校正操作后，12时41分发车后轮径校准成功，影响本列在该区间运缓3 min，如图4所示。

图4 故障数据

3.1 车组轮对数据调查

查看2020年05月26日轮对故障动态检测系统中CRH1A-A动车组过车记录，发现报出故障单元（01-03车）轮径值均在规定限度内，同转向架轮径差符合要求（其中动车同转向架轮径差≤5 mm，拖车同转向架轮径差≤10 mm），如图5所示［3］。

图5 动车组通过LY检测数据

查看CRH1A-A历史旋修记录，CRH1A-A动车组于2020年1月18日在某动车所完成轮对旋修，报出故障单元（01-03车）上一次旋修记录轮径值与最近轮径值相差最大为0.83 mm，最小为0.3 mm，轮径值变小为正常运用磨耗。

3.2 线路平直性

故障发生时刻动车组运行于K1 205+000～K1 227+365区 间。通 过 调 阅DMS线 路 数 据发现，在进行轮径校正的区间坡道情况：K1 205～K1 209区 间 坡 度 为3‰，K1 209～K1 215区间坡度为-5‰，K1 216～K1 217区间坡度为5‰，K1 217～K1 220区间坡度为-4‰，K1 223～K1 226区间坡度为3‰，K1 226～K1 228坡度为1‰，该区段不是平直道存在坡道，影响动车组正常轮径校准，如图6所示。

图6 线路坡度情况

3.3 GPS速度信号有效性

通过数据分析发现区间经过5个区段：隧道①—特大桥①—特大桥②—隧道②—隧道③，动车组在隧道内运行GPS信号弱导致无法准确的进行定位测算，如图7所示。

图7 通过线路隧道情况

3.4 运行速度与惰行时间

查看车载数据，发现线上执行轮径校准时动车组速度值为112 km/h，符合校准速度值要求。但是各个单元组的CCU独自进行轮径校准（轮径校准时间需要30 s），3个单元组轮径校准无法做到完全同步，会有1～3 s的时间差，司机看到“轮径校准”按钮颜色由灰色变黑色和提示Mc1/Md单元组“轮径校准”成功后，误认为所有单元组“轮径校准”都已完成，直接提速行车了，导致轮径校正未真实完成，如图8所示。

图8 列车速度和GPS信号情况

综合以上分析，判断为区间受线路坡道及隧道影响，同时在操作上无法满足轮径校正的条件，未及时完成轮径校准，导致动车组牵引动力丢失，影响正常的运行速度。

4 轮对故障的处置方式

4.1 线路上处置方式

CRH1A型动车组报出轮径故障后，应及时进行轮径校正以消除故障。轮径校准方法为：在平直的开阔区间（隧道除外），车速在30～130 km/h之间，惰行维持30 s进行校准至动车组IDU上显示校准完成。校准完成后继续运行，若校准后仍报轮径超差，则说明轮径超差限度已超出轮径校准范围，需要维持运行入库处置［4］。

4.2 入库故障排查方法

人工复核轮对故障检测系统的预警和报警数据，进一步判别动车组是否需要旋轮或更换轮对。换轮或旋轮后，确认轮径数据并根据轮径调整动车组内的存储数据。

5 确保轮径校正成功的对策

5.1 优化动车组轮径校正启动逻辑

为避免系统频繁自动进行轮径校准，减轻对运营秩序的影响，通过联合主机厂研究，CRH1A型动车组在新版软件升级后IDU界面增加“轮径校准”按钮进行手动控制。同时将校准的起始速度由30 km/h提高到90 km/h，便于司机的操作。当主控单元组的CCU收到IDU指令后，通过网络控制总线将该指令传递到其他单元组的单元控CCU，单元控CCU对此命令进行记忆，在满足条件时，会自动执行“轮径校准”功能。

5.2 改善IDU操作界面的功能

一是将IDU“轮径校准”按钮颜色复位功能（由灰色变黑色），由任一单元组“轮径校准”成功即可复位改为需要所有单元组“轮径校准”成功。二是对轮径存储时间增加3 s延时，存储后再报出“轮径校准已完成”，避免因系统延迟导致频繁操作。

5.3 人工输入轮径数据保障系统数据正常

为保障内部默认数据的准确性，在更换轮对、轮对旋修后，或者CCU被初始化、更换后，及时通过专业软件工具TDS-Uploader和DCUTerm将轮径值写入动车组系统内CCU，确保系统默认的轮径值处于正常情况。

5.4 采集适用轮径校正的线路数据

轮径校正需要动车组处于平直线路上和GPS速度信号有效，对线路要求高，目前我段采集运行动车组主要线路共42处适合进行轮径校正的信息数据，当故障再次报出后可与司机沟通，在合适区段进行轮径校准，提高轮径校正的准确性。

6 结束语

文中通过CRH1A型动车组轮径校准不成功问题进行分析，结合近期典型案例剖析，查找该型动车组软件上存在的不足并提出优化的建议，有效的提高轮径校正的成功率，保障了运营秩序。