地鐵車(chē)輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障與檢修

張野 寧洪博 沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司

地鐵交通作為現(xiàn)如今城市的主要交通方式，其便利的路線、相對(duì)于路面交通擁擠的寬松和其低碳環(huán)保的性能都受到了城市居民的認(rèn)可。而作為城市最主要的交通方式，其安全性是不可忽略的。地鐵車(chē)輛相對(duì)于路面交通擁有更大的載客量，一旦出現(xiàn)事故便是不可估量的損失。而地鐵車(chē)輛的牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)便是最容易發(fā)生故障的裝置。

一、牽引系統(tǒng)的故障分析與檢修方法

（一）故障分析

1.超負(fù)荷運(yùn)行

作為一種載客量極大的交通方式，一輛地鐵可以容納的乘客是客車(chē)的數(shù)十倍，所以在高峰期時(shí)過(guò)大的載客量會(huì)給地鐵的運(yùn)行造成極大的損害。而地鐵是在復(fù)雜的地下交通軌道上運(yùn)行，有時(shí)站點(diǎn)與站點(diǎn)之間的距離太近，導(dǎo)致剛剛啟動(dòng)不久便開(kāi)始制動(dòng)，在這種長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷運(yùn)行中，會(huì)對(duì)地鐵的制動(dòng)以及啟動(dòng)帶來(lái)很大的問(wèn)題，會(huì)造成地鐵車(chē)輛的電路存在短路的問(wèn)題，從而影響地鐵的運(yùn)行電網(wǎng)。

2.金屬短路

金屬性短路是鋼軌和三軌之間發(fā)生金屬連接才會(huì)造成的短路現(xiàn)象。比如檢修人員在進(jìn)行完檢修工作后并沒(méi)有將鋼軌和三軌之間的金屬工具拿走，這會(huì)導(dǎo)致地鐵重新運(yùn)行時(shí)造成鋼軌與三軌之間的直接短路現(xiàn)象。還有一種情況便是底座的絕緣體被高電壓擊穿，從而造成短路。

3.絕緣體失效

在地鐵運(yùn)行過(guò)程中，免不了碰到雨雪問(wèn)題。而原本固定在道床上的絕緣支座也會(huì)因?yàn)樗軌驅(qū)щ姷脑驈亩蛊渑c接地扁銅間的絕緣效果大大下降。同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的使用與運(yùn)行會(huì)讓地鐵車(chē)輛的支撐件上出現(xiàn)大量的污物從而導(dǎo)致絕緣效果降低。這樣會(huì)造成電流通過(guò)絕緣支座傳到接地扁銅上，形成回路，從而造成短路的現(xiàn)象。

（二）檢修方法

地鐵車(chē)輛的牽引系統(tǒng)出現(xiàn)故障是比較常見(jiàn)的情況之一。而采用仿真的方式便可以有效的對(duì)牽引系統(tǒng)發(fā)生故障進(jìn)行檢修。在進(jìn)行檢修時(shí)，整個(gè)地鐵牽引系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)，而在這時(shí)進(jìn)行短路的仿真操作便可以進(jìn)行故障檢修。其中的原理便是電流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)根據(jù)其與故障點(diǎn)之間的距離的縮短而增加的；且電流的上升速度會(huì)隨著故障點(diǎn)與接觸點(diǎn)的距離接近而變小。通過(guò)分析仿真操作得到的電流情況，可以得到關(guān)于電流的指數(shù)函數(shù)，即故障點(diǎn)距離接觸點(diǎn)越遠(yuǎn)，電流的上升速度越慢；故障點(diǎn)距離接觸點(diǎn)越近，電流的上升速度便會(huì)越快。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得到接觸點(diǎn)電流的大小以及指數(shù)函數(shù)的斜率便可以準(zhǔn)確的檢測(cè)出牽引系統(tǒng)到底有無(wú)故障以及故障點(diǎn)的位置。

二、輔助系統(tǒng)的故障分析與檢修方法

（一）故障分析

1.弱電半導(dǎo)體器件失效

在逆變器內(nèi)含有一件非常重要的輔助工具，那便是弱電半導(dǎo)體器件。這些器件的作用是輔助電力半導(dǎo)體器件進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和電路的控制。如果弱電半導(dǎo)體器件失效，那么整個(gè)逆變器的工作也會(huì)發(fā)生故障，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)導(dǎo)致逆變器失效。而導(dǎo)致弱電半導(dǎo)體器件失效可以分為兩個(gè)原因：（1）其自身的可靠性。每一個(gè)電子元件都有其自身的用途，如果其自身質(zhì)量有問(wèn)題便會(huì)導(dǎo)致逆變器失效。（2）外部因素。導(dǎo)致半導(dǎo)體器件失效的外部因素也有很多，比如溫度過(guò)高、機(jī)械碰撞、電流損傷、濕度問(wèn)題等。

2.電容器失效

在逆變器的內(nèi)部還有一個(gè)以鋁作為電解質(zhì)的電容器，其作用是穩(wěn)定電壓。而鋁作為一個(gè)很常用的電解質(zhì)原材料在長(zhǎng)時(shí)間的使用后很容易損壞。鋁作為電解質(zhì)發(fā)生的是氧化反應(yīng)從而生成了三氧化二鋁的氧化膜，而氧化膜具有一定的保護(hù)作用。在發(fā)生輕微損害時(shí)，氧化膜能自主修復(fù)。但是當(dāng)氧化膜損壞的速度大于其自主修復(fù)的速度時(shí)，便會(huì)被電容器內(nèi)的高電壓擊穿，以至于電容器失去作用不能穩(wěn)定電壓。

3.電力半導(dǎo)體器件失效

逆變器是工作于高電壓環(huán)境，其內(nèi)部流過(guò)的電流也是非常大的。而電力半導(dǎo)體器件便是逆變器工作的核心，當(dāng)電力半導(dǎo)體器件失效后逆變器便不能正常的工作。然而許多設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)逆變器時(shí)過(guò)于追求提高逆變器的效率，忽略了對(duì)電力半導(dǎo)體器件的保護(hù)，導(dǎo)致了電力半導(dǎo)體器件的失效率較高。

（二）檢修方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法是用來(lái)檢測(cè)輔助系統(tǒng)故障最常用的方法。它能作為檢測(cè)方法是因?yàn)椋海?）高度的并行性：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有許多相同的簡(jiǎn)單處理單元并聯(lián)組合而成，雖然每一個(gè)神經(jīng)元的功能簡(jiǎn)單，但大量簡(jiǎn)單神經(jīng)元并行處理能力和效果，卻十分驚人。（2）高度的非線性全局作用：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)每個(gè)神經(jīng)元接受大量其他神經(jīng)元的輸入，并通過(guò)并行網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生輸出，影響其他神經(jīng)元，網(wǎng)絡(luò)之間的這種互相制約和互相影響，實(shí)現(xiàn)了從輸入狀態(tài)到輸出狀態(tài)空間的非線性映射，從全局的觀點(diǎn)來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)整體性能不是網(wǎng)絡(luò)局部性能的疊加，而表現(xiàn)出某種集體性的行為。而診斷的步驟可以分為兩個(gè)方面：（1）ANN 訓(xùn)練算法。ANN 訓(xùn)練算法是通過(guò)對(duì)接收到的輔助系統(tǒng)的信息進(jìn)行計(jì)算，然后自動(dòng)學(xué)習(xí)便可獲得期望得到的診斷網(wǎng)絡(luò)。（2）進(jìn)行診斷。通過(guò)算法得到的診斷網(wǎng)絡(luò)，然后對(duì)整個(gè)輔助系統(tǒng)進(jìn)行診斷，如果哪一個(gè)部分發(fā)生了故障，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

三、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今時(shí)代正在飛速發(fā)展，隨著人口的增多和交通工具的發(fā)展，城市的交通問(wèn)題已經(jīng)成了人們每日關(guān)注的熱點(diǎn)。每日上下班的高峰期，街上便會(huì)被來(lái)來(lái)往往的車(chē)輛堵得水泄不通，所以地鐵的確是居民最方便的交通方式。我國(guó)已經(jīng)在地鐵的技術(shù)問(wèn)題上取得了很大的成果，并且地鐵交通的發(fā)展也做得有聲有色。但是我國(guó)對(duì)于地鐵車(chē)輛電氣系統(tǒng)的故障檢修并不能稱(chēng)得上居于世界前列。所以這就要求我國(guó)的技術(shù)人員以及工程師們能更加清晰的認(rèn)識(shí)到對(duì)于車(chē)輛電氣系統(tǒng)故障檢修的重要性，不斷提升我國(guó)故障檢修的水平。