城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障檢修

李紅霞 王建行

?

城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障檢修

李紅霞1王建行2

（青島市地鐵一號線有限公司 山東 青島 266000）

城市軌道交通的運行在很大程度上解決了我國大型城市的交通堵塞問題，極大的促進了我國的城市化建設。但在實際的城市軌道交通運行過程中，城市軌道交通車輛牽引與輔助系統(tǒng)會出現(xiàn)不同的故障，這些故障可能會影響整條城市軌道交通線路的運營，進而嚴重影響人們的日常出行。因而對城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)故障進行分析提出快速解決措施是當前亟待解決的問題?；诖耍疚闹饕獙Τ鞘熊壍澜煌姎庀到y(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障檢修進行了簡要的分析，希望可以為相關工作人員提供一定的參考。

城市軌道交通；車輛；牽引；輔助系統(tǒng)；故障檢修

引言

車輛牽引與輔助系統(tǒng)是保證城市軌道交通運行的重要裝置，也是日常檢修中的重點和難點。通過分析車輛電氣牽引與輔助系統(tǒng)的運行及故障狀況，給出相應的檢修與整改措施。

1 車輛牽引與輔助系統(tǒng)主要元件特點分析

1.1 車輛牽引系統(tǒng)主要元件特點

車輛牽引系統(tǒng)對城市軌道交通的正常運行以及城市軌道交通的安全起著重要的作用，牽引系統(tǒng)組成復雜，元器件多。其中線路濾波器的作用是將輸入的電流平滑化，減少干擾，從而保證城市軌道交通運行的安全。它還可以保障城市軌道交通發(fā)生突然接地故障時不會損壞牽引系統(tǒng)的其他設備；牽引系統(tǒng)的電動機通常采用懸掛的方式安裝，是一種三相鼠籠式交流電動機；牽引系統(tǒng)的逆變器由多種輔助元件組成，如逆變橋、支持電容等等；牽引系統(tǒng)的輔助斷路器位于逆變箱內(nèi)，它可以針對一些過流現(xiàn)象進行保護，如接地、短路等。

1.2 車輛輔助系統(tǒng)主要元件特點

輔助系統(tǒng)的結構相對簡單，它主要負責城市軌道交通上的電流控制，其包含的主要功能單元都是與電流相關的。一是蓄電池組，它由多個單體的定壓蓄電池組成，以滿足城市軌道交通運行的需求，對其保護時要格外注意電壓和電流的控制；二是DC/DC變換器，即蓄電池充電器，它可以為城市軌道交通提供直流電，城市軌道交通一般設有兩個或以上的蓄電池充電器；三是DCAC逆變器，即輔助逆變器，它做為城市軌道交通上的輔助電源，可以直接為城市軌道交通車輛內(nèi)的電器設備提供交流電。

2 城市軌道交通車輛牽引系統(tǒng)控制

城市軌道到交通車輛控制一般有矢量控制、牽引控制、再生制動控制。

2.1 矢量控制

矢量控制是系統(tǒng)控制當中的主要控制方法，矢量控制具有快速響應和高精度的特點。在系統(tǒng)設計中利用矢量控制對電機的轉(zhuǎn)矩進行精確的控制，能夠有效實現(xiàn)防沖擊控制，從而實現(xiàn)車輛的平穩(wěn)加速和準確制動。利用矢量控制這種方式，對空轉(zhuǎn)和滑行控制，可以更加充分地利用輪軌間的黏著力，在牽引或者是電空混合制動的工況條件下，如果輪對發(fā)生了空轉(zhuǎn)或者是滑行的情況，輪軌間的黏著可以迅速恢復，保證了列車運行更加平穩(wěn)。簡言之，利用矢量控制這種控制方式，城市軌道交通車輛的牽引系統(tǒng)可以發(fā)揮更加完整的作用，從而保證列車在運行當中的平穩(wěn)性，保障列車的行駛安全。

2.2 牽引控制

牽引控制是城市軌道交通車輛電氣控制設計中需要注意的另一種控制方式。牽引逆變器接收由司機控制器或者是ATO(Automatic Train Operation，自動列車運行裝置)裝置發(fā)出的給定牽引指令，再根據(jù)制動控制裝置接收的列車空重信號等實現(xiàn)對列車牽引和輸出的轉(zhuǎn)矩控制。系統(tǒng)具有對速度進行設定的功能，如果列車的速度在限定值的范圍之外，系統(tǒng)對牽引力進行封鎖。當速度恢復正常時，封鎖停止。除此以外，在ATP(Automatic Train Protection，列車自動保護系統(tǒng))被切除的情況下，系統(tǒng)可以對車輛具備限速或加速功能。所以當坡度救援功能啟動，利用加速功能可以有效地加大牽引力，從而將?？吭谧畲笃露鹊墓收狭熊囃七^坡道。在上述兩點之外，列車還設有洗車運行的模式，利用系統(tǒng)對牽引進行控制，實現(xiàn)規(guī)定速度區(qū)間內(nèi)的自動控制施加和切除。

2.3 再生電制動控制

再生電制動控制是城市軌道交通車輛電氣牽引系統(tǒng)當中第三種主要控制方式。目前列車的制動方式主要采用的是混合運算方式，所謂混合是指再生電制動和空氣制動。在具體應用時，按照列車制動力需求，系統(tǒng)可以優(yōu)先發(fā)揮電制動力，以最大程度的降低閘瓦磨耗和電能消耗。當使用再生電制動時，優(yōu)先使用再生能量進，使牽引控制單元可以對電網(wǎng)的狀態(tài)進行連續(xù)的監(jiān)控，從而對再生能量的吸收狀況進行檢查。如果電網(wǎng)的吸收能力不足或者是發(fā)生不能吸收的局面時，電網(wǎng)的電壓會升高，這時牽引控制單元會根據(jù)濾波電容器端電壓的具體情況，對斬波器的開通進行控制。在電動力不足的情況下，空氣制動控制投入。

3 城市軌道交通車輛牽引系統(tǒng)的故障檢修

3.1 案例1

某城市城市軌道交通1號線列車開通運營多年，列車牽引系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，但也存在一定的問題，其中典型問題為接地故障。具體表現(xiàn)為:列車在運營過程中，車下產(chǎn)生異響，同時列車管理系統(tǒng)報接地故障。牽引系統(tǒng)復位后不能消除故障，須隔離故障車的牽引系統(tǒng)，并根據(jù)整列車牽引系統(tǒng)動力損失情況進行相應的應急處理：若損失1/3動力，則列車正常運行至終點后回庫檢查；若損失2/3動力，則須清客后回庫檢查；若損失全部動力，需要啟動救援。

3.1.2故障原因分析

該線路車輛為B2型車，采用6輛編組，3動3拖，其牽引系統(tǒng)主要包含牽引逆變器模塊和斬波器模塊，可實現(xiàn)牽引、再生制動、電阻制動、重聯(lián)運行功能。與牽引系統(tǒng)相關的主要設備，包括主隔離開關、高速斷路器、牽引逆變器、濾波電抗器、制動電阻器（BR1和BR2）以及牽引電機。每個牽引逆變器驅(qū)動4個三相牽引電機，這些電機分別驅(qū)動兩個轉(zhuǎn)向架的4個軸。當列車牽引系統(tǒng)內(nèi)差動電流傳感器（DCCT1）檢測的瞬時值大于或等于150A時，報接地故障。在該情況下，為保護牽引設備，其系統(tǒng)控制部分將線路接觸器（LB）斷開，制動斬波（BCH）停止，閘極關閉，高速斷路器斷開，同時報牽引逆變器故障。牽引逆變器歷史事件記錄和高速跟蹤數(shù)據(jù)均顯示實際報接地故障，該故障一般是由于牽引系統(tǒng)出現(xiàn)接地點所致。

3.1.3應對措施

1）針對濾波電抗器的絕緣擊穿問題，通過加強濾波電抗器的檢修頻率和檢修深度，以及改善濾波電抗器的工作環(huán)境進行應對。2）針對濾波電抗器接線盒進入異物問題，目前已對濾波電抗器的接線盒進行全封閉式改造。3）針對制動電阻進異物問題，已要求對電客車軌行區(qū)的行車環(huán)境進行優(yōu)化，并加強檢修作業(yè)，及時對進入設備的異物進行清理，重點加強對不完全封閉設備的檢查。4）針對高速斷路器、線路接觸器開合時易導致的拉弧燒損問題，從檢修頻率和檢修深度兩個方面加強對設備內(nèi)部狀態(tài)、觸頭磨耗量、滅弧罩狀態(tài)以及電氣性能的檢查，以保證設備運行的穩(wěn)定性。

3.2 案例2

某城市軌道交通車輛為動態(tài)故障，故障點在傳感器，第一起故障發(fā)生時間為2011年，通過對阻值進行測定，發(fā)現(xiàn)為零兆歐，在更換傳感器后，檢測表明故障已經(jīng)得到處理。第二起故障發(fā)生于2012年，萬用表的測量結果顯示絕緣失效，并且檢測面有劃痕存在，在對傳感器進行更換之后再采取同樣的方式進行測量時，發(fā)現(xiàn)故障已經(jīng)完全消除。第三起故障發(fā)生于2012年，測定結果表明絕緣值為零兆歐，因此可判斷出傳感器絕緣性能存在較大問題，并且在這種不正常的狀態(tài)下發(fā)出了錯誤的信號，在更換傳感器之后再重新進行測定，表明故障已經(jīng)完全消除。第四起故障發(fā)生于2013年，在檢測時牽引速度為每小時20千米，通過對插頭進行拆卸，發(fā)現(xiàn)故障位于檢測面，之后在完成傳感器的更換與測定之后，發(fā)現(xiàn)故障已經(jīng)完全消除。

3.2.1故障原因

（1）阻值：在靜態(tài)調(diào)試的狀態(tài)下能夠?qū)υ擃愋偷墓收线M行全面檢查，之后就可根據(jù)結合車輛的實際情況明確故障的原因。因此，該類型故障的檢測方式較為簡單，故障也較為明確。（2）絕緣：該類型的故障目前在檢修時主要由廠家完成，并且在完成整個檢修處理之后會以合格證書作為證明，因此不必再進行性能的重復測定[2]。（3）檢測面：在靜態(tài)調(diào)試的情況下很難發(fā)現(xiàn)該類型的故障，因此必須選擇動態(tài)調(diào)試的方式，并且需要將速度控制在每小時15千米左右，在這種情況下系統(tǒng)才能做出預警反應，便于相關人員對故障進行處理。后兩種類型的故障均是在動態(tài)調(diào)試的狀態(tài)下才能夠了解，并且故障處理時間較長，這不僅會延誤檢修時間，同時也增加了車輛的成本，因此有必要研究出更為有效的解決方案。

3.2.2應對措施

預防方案能夠?qū)⒐收习l(fā)生的概率降低至最小，但故障是不可避免的，因此最重要的是制定好處理故障的措施。下面就以絕緣故障的處理為例，對故障處理的步驟及方法進行詳細探討。第一，在發(fā)生故障時需要通過監(jiān)視器查看與故障相關的各項信息，如車號等。第二，傳感器插頭的數(shù)量為五針，首先需要測定2、3、4針，并根據(jù)阻值是否相同判斷是否發(fā)生了故障。第三，對1、4、5插頭進行絕緣檢測，了解絕緣性能是否處于正常范疇之內(nèi)。第四，若前幾項步驟均無異常，則表明故障原因仍不明確，這時就需要對傳感器進行拆卸，對檢測面以及外觀進行全面核查，判定故障所在的位置及原因，如果故障類型為PGD，則需要進行故障位置測定。檢修工作已經(jīng)持續(xù)了較長時間，但與此同時故障類型也越發(fā)復雜并且處理難度較高。因此需要對現(xiàn)有故障的原因進行分析，并在此基礎上制定出相應的解決方案。另外，故障還涉及到發(fā)電機等多個方面，因此還需要加大檢修力度，對各類故障進行有效處理。

4 輔助系統(tǒng)的故障與檢修

4.1 故障分析

（1）電容器故障。鋁電解電容器處于逆變器內(nèi)部，作用是穩(wěn)定車輛的運行電壓。因電容工作時極易對氧化膜造成破壞，雖然氧化膜可以自行愈合，但自愈速度遠小于損壞速度，因此僅依賴氧化膜自愈是無法滿足修補要求的，不僅會出現(xiàn)氧化膜破損，嚴重時還會被擊穿，使電容器失效。（2）電力半導體器件故障。對逆變器來說，一旦電力半導體失效，就會造成逆變器失效。因為電氣系統(tǒng)設計過程中未對電力半導體器件采取一定的保護措施，所以容易造成其失效。（3）半導體器件故障。逆變器內(nèi)部的多個弱電半導體單元直接關系著逆變器能否正常工作，一旦某個部件出現(xiàn)故障，逆變器的整體功能將會受到影響，進而對逆變器的整體性能帶來危害。逆變器失效原因可分為內(nèi)部原因與外部原因。內(nèi)部原因是逆變器固有特性發(fā)生了改變，外部原因是外界影響造成的故障。

4.2 故障檢修分析

（1）創(chuàng)建網(wǎng)絡系統(tǒng)。就是將輔助系統(tǒng)的故障采集數(shù)據(jù)一一輸入到未經(jīng)訓練的網(wǎng)絡系統(tǒng)當中，然后在網(wǎng)絡系統(tǒng)中對故障采集的數(shù)據(jù)進行對應的ANN（Artificial Neural Networks，人工神經(jīng)網(wǎng)絡）訓練，與此同時還可在訓練過程中找出解決問題的最佳辦法，以便獲得與之相對應的診斷網(wǎng)絡。其中，診斷網(wǎng)絡是對故障進行檢修的重要前提，必須通過診斷系統(tǒng)找出故障原因，才可有效的對故障進行檢修。（2）對網(wǎng)絡的診斷，主要是通過神經(jīng)網(wǎng)絡對所得數(shù)據(jù)進行計算的一個過程，既是根據(jù)網(wǎng)絡輸入診斷出輔助系統(tǒng)故障原因與故障點的過程，也是提取與處理故障點的過程。完成故障診斷則可按照輔助系統(tǒng)的信息樣本進行故障處理，最后在神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)中做好相應的檢查工作，這一點很重要，以免前功盡棄。

5 結束語

總而言之，車輛電氣牽引與輔助系統(tǒng)是保證城市軌道交通系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的重要保障，在保證城市軌道交通車輛正常運行中發(fā)揮著至關重要的作用。為此，應以科學技術為指導，認真研究并分析城市軌道交通車輛牽引與輔助系統(tǒng)的故障原因，然后根據(jù)故障特點采取合理的檢修措施，實現(xiàn)高效處理牽引與輔助系統(tǒng)故障問題的目的，不斷提高檢修水平，為城市軌道交通車輛的安全運行提供可靠保障。

[1]彭駒.廣州軌道交通九號線車輛牽引/輔助系統(tǒng)設計[J].電力機車與城軌車輛,2016,39(06):25-30.

[2]杜玉亮.列車輔助系統(tǒng)不斷電技術研究[D].北京交通大學,2016.

[3]黃赟.地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)故障檢修分析[J].住宅與房地產(chǎn),2016(12):236.

[4]毛一軒.關于對車輛牽引輔助系統(tǒng)故障管理的研究[J].住宅與房地產(chǎn),2015(S1):154.

[5]莊樂.試論南京地鐵牽引輔助系統(tǒng)的故障分析[J].四川水泥,2015(07):143.

[6]彭駒.廣州軌道交通三號線增購車輛牽引/輔助系統(tǒng)國產(chǎn)化設計[J].電力機車與城軌車輛,2015,38(02):12-16.

[7]陳平安,周安德.“南洋之星”城際動車組牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)設計[J].電力機車與城軌車輛,2015,38(01):9-13.

[8]杜玉亮,鄭瓊林,冉旺,郝瑞祥,游小杰,劉友梅.電力機車過分相區(qū)時牽引變壓器輔助繞組不間斷供電技術方案研究[J].鐵道學報,2014,36(11):29-34.

[9]趙振和,邢紅巖,張紅星.AMT半掛牽引車坡道起步輔助系統(tǒng)的試驗研究[J].汽車技術,2014(02):31-35.

[10]鄭華熙.350km/h動車組牽引輔助系統(tǒng)的仿真分析與參數(shù)研究[D].北京交通大學,2009.

the operation of urban rail transit solves the problem of traffic jam in large cities in China to a great extent, and greatly promotes the construction of urbanization in China. However, in the actual operation of urban rail transit, the traction and auxiliary system of urban rail transit vehicles will have different faults, which may affect the operation of the entire urban rail transit line. And then seriously affect people's daily travel. Therefore, it is an urgent problem to solve the trouble of traction and auxiliary system in the electric system of urban rail transit vehicle. Based on this, this paper mainly focuses on the traction and auxiliary in the electric system of urban rail transit. This paper briefly analyzes the troubleshooting of the auxiliary system, and hopes to provide some reference for the relevant staff.

urban rail transit; vehicle; traction; auxiliary system; troubleshooting

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.11.060

U269

A

1672-9129(2017)11-0051-02