电力机车故障检测

随着我国经济的快速发展，我国的铁路事业正在进行着日新月异的变化。经 过10多年的高速铁路建设和对既有铁路的高速化改造，中国目前已经拥有全世界 最大规模以及最高运营速度的高速铁路网。截止2010年12月底，中国国内运营 时速200公里以上的高速铁路里程已经达到8358公里，其中包括既有线提速近 3000公里。另外，中国在建和即将兴建的高速铁路客运专线和城际铁路里程已达 1.7万公里。 机车的速度越来越快，在高速行驶状态下机车的安全问题也越来越重要。如 何确保铁路运输的可靠性、安全性和实时性已经成为一项重要的技术。机车是复 杂的机电系统，包括牵引变压器组、变流机组、电子控制柜、车载(计算机)控制 装置系统、车载通信网络及传感器测量装置等。车上的设备长期工作在高温、电 磁干扰的不利条件下，运行环境比较恶劣，容易出现各种故障。尤其是关系到机 车正常运行的电气设备一旦发生故障，可能直接威胁到机车的运行安全，严重情 况下造成机破事故，带来重大的损失。因此，对车上电气系统进行监测与诊断是 关系到行车安全的一项重要措施。

所谓故障诊断，是指在一定工作环境下查明导致系统某些功能失调的原因， 判断发生劣化的部位或部件，以及预测劣化的发展趋势等。诊断就是由现象判断 本质，在工程技术领域，根据设备各种可测量的物理现象和技术参数来推断设备 是否正常运转，判断发生故障的原因与部件，预测潜在故障的发生等。 国内传统的故障监测与诊断装置能够对机车进行故障诊断，但是对于一些偶 发故障，很难进行故障定位。对于这种偶发故障，有很多原因，如电器设备运行 过程中出错、电器设备老化产生的性能下降，突发性干扰导致网络传输指令错误 等等。特别是故障诊断时，判断依据是监测的设备状态信息，对于一些疑难故障， 找不到故障原因，例如网络的因素，因此在进行故障诊断时需要结合车载网络传 输数据进行综合分析。 本文设计的基于网络的机车故障检测及分析系统，对机车上主要电气设备的 状态和网络数据进行监测，当设备出现故障时，能够记录下故障前后一段时间内 设备的状态信息和网络传输数据，作为机车故障诊断和分析的基础，为机车的检 修和维护提供依据。

该系统以高速数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA为系统的核心， DSP处理器直接采集机车上主要电气设备的数字量，以大容量同步动态的RAM (SDRAM)来缓存采集的数据，使得数据处理的延迟达到最小，以高速大容量 FLASH作为故障数据的存储介质，从而使得系统的运行时间提高了很多。FPGA 实现MVB网卡功能，从MVB总线上接收网络数据，再通过SPI总线将网络数据 传输到大容量FLASH中存储，从而为机车的故障诊断提供了基础。 基于网络的机车故障检测及分析系统的上位机软件是整个故障检测及分析系 统的窗口，它给现场的技术人员提供一个友好的故障浏览、查询、分析和诊断的 界面。采用先进的USB通信接口应用技术，能够方便快捷地把硬件设备存储的故 障数据传送到上层PC机上，通过PC机强大的处理能力来完成故障前后设备状态 数据的分析、故障图形显示及故障前MVB网络数据的解析，综合判断故障原因， 从而实现基于网络的机车故障诊断。 基于网络的机车故障检测及分析系统是在实验室以往研究的基础上建立起来 的，在机车故障检测方面，即有继承又有技术改进，具有重要的学术价值和实际 使用意义，也为今后高速列车故障诊断系统的开发和设计提供了实践依据，扩宽 了思路。