地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引輔助系統(tǒng)的故障與檢修研究

張濤 王賀

摘 要：隨著城市化進(jìn)程的不斷深入，城市交通壓力逐漸增大，而城市地鐵作為解決這一問(wèn)題的主要方式，使得其在城市規(guī)劃建設(shè)的比重越來(lái)越大。因此，本文基于這一現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)地鐵車輛電氣系統(tǒng)中的主要牽引和輔助系統(tǒng)故障與維修進(jìn)行分析，在確保地鐵正常運(yùn)行的情況下，有效提升地鐵承載能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)緩解城市交通壓力的目的。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;電氣系統(tǒng);牽引與輔助系統(tǒng);故障與維修

中圖分類號(hào)：U279 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)作為維持地鐵運(yùn)行的重要基礎(chǔ)和前提，其質(zhì)量不僅影響著地鐵車輛的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)嚴(yán)重影響地鐵車輛的承載能力，因此針對(duì)牽引與輔助系統(tǒng)中常見的故障問(wèn)題，對(duì)檢修的策略和思路進(jìn)行分析就顯得尤為重要。

1 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的簡(jiǎn)單分析

1.1 牽引與輔助系統(tǒng)的概念分析

地鐵車輛大都是選用電力牽引的方式，通過(guò)以電能為動(dòng)力對(duì)車輛進(jìn)行牽引，其牽引的工作原理，主要是在地鐵運(yùn)行的過(guò)程中，在架空線處獲取電能，并通過(guò)調(diào)壓變換以后，輸送到車組的牽引電動(dòng)機(jī)，最后由牽引電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)地鐵車輛的正常運(yùn)行[1]電力機(jī)車的牽引系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)其核心是通過(guò)電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，經(jīng)過(guò)受電弓與高壓電網(wǎng)的接觸，形成閉合的電路系統(tǒng)，電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行快速旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)地鐵車輛牽引的目的。而對(duì)于輔助系統(tǒng)而言則指的是供鐵內(nèi)部電器使命的蓄電池組、充電線路以及輔助逆變器等設(shè)施設(shè)備。

1.2 牽引與輔助系統(tǒng)的組成分析

當(dāng)前地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)中的牽引電器，主要包括受流器、牽引電機(jī)、傳動(dòng)控制裝置、其他牽引電力電子轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)等組成，而其中的輔助列車電路主要包括主電氣回路、輔助電路、控制電路等組成。牽引系統(tǒng)主要包括電力系統(tǒng)、接觸送電系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。尤其是電力系統(tǒng)最為關(guān)鍵也最為重要，電力系統(tǒng)是整個(gè)電力牽引系統(tǒng)的核心，而對(duì)于電力系統(tǒng)中變壓器又是最為核心的部件，它將整個(gè)電力牽引系統(tǒng)進(jìn)行有效的整合，保證電力輸出的安全穩(wěn)定。

1.3 牽引與輔助系統(tǒng)的性能特點(diǎn)

牽引系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)作為整個(gè)機(jī)車安全行駛最為重要的組成部分，在地鐵車輛電氣系統(tǒng)中發(fā)揮著生要的作用。其具有性能穩(wěn)定，安全效率高等特點(diǎn)。一直以來(lái)在地鐵車輛系統(tǒng)中使用十分廣泛。除了偶爾出現(xiàn)一些常見的小毛病以外，沒有出現(xiàn)大的安全性問(wèn)題。

2 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)中常見的故障分析

2.1 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)的故障分析

（1）運(yùn)行不正常，在地鐵車輛運(yùn)行的過(guò)程中，尤其是交通運(yùn)輸高峰階段，很容易出現(xiàn)過(guò)載運(yùn)行的現(xiàn)象，主要是不斷啟動(dòng)停止的過(guò)程中，地鐵車輛自身復(fù)雜的增加，從而導(dǎo)致地鐵車輛電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生損害，影響地鐵車輛的正常制動(dòng)與運(yùn)行。

（2）金屬性短路與非金屬性短路。在地鐵車輛運(yùn)行過(guò)程中，極易出現(xiàn)短路故障，一般主要分為金屬性短路與非金屬性短路兩種。其中金屬性短路故障主要是三軌間與鋼軌出現(xiàn)的金屬接觸，進(jìn)而影響地鐵車輛的正常運(yùn)行。而非金屬性短路問(wèn)題，主要是由于軌道中外部環(huán)境的影響，包括雨雪覆蓋和積水覆蓋等因素的影響[2]。

由于三軌與鋼軌間發(fā)生了接觸而導(dǎo)致的故障成為金屬故障，或者由于或因接地扁銅在外部力量的作用下被擊穿擊從而失去了失去了絕緣性能，導(dǎo)致三軌與接地扁銅間出現(xiàn)短路等情況，這種情況極易引發(fā)地鐵車輛的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另一部分是人為原因，被檢修人員遺漏或者誤放置的金屬工具，位于在三軌與鋼軌之間，在地鐵車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，在輸送電源的路徑中三軌與鋼軌間就會(huì)造成直接短路。

2.2 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)的故障分析

（1）電容器故障。電容器作為輔助系統(tǒng)中的重要組成部分，主要是起到穩(wěn)定工作電壓的作用，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，很容易出現(xiàn)氧化膜故障的問(wèn)題，進(jìn)而使地鐵車輛工作電壓不穩(wěn)定。

逆變器作為輔助系統(tǒng)的重要元件，起到為設(shè)備提供交流電作用。逆變器具有穩(wěn)定作用，原因是內(nèi)部具有一層氧化鋁薄膜，氧化鋁薄膜具有耐受力好，但是這是建立在速度承受能力之內(nèi)，如果地鐵在運(yùn)行中速度過(guò)快，久而久之，會(huì)對(duì)雖然氧化鋁薄膜的損壞，降低氧化鋁薄膜保護(hù)的效用值，從而導(dǎo)致電容器故障。

（2）電力半導(dǎo)體和弱電半導(dǎo)體器件故障。電力半導(dǎo)體在輔助系統(tǒng)中，主要起到預(yù)防作用，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的電浪涌故障，進(jìn)行抵御和解決，從而實(shí)現(xiàn)地鐵車輛的正常運(yùn)行，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電力半導(dǎo)體極易出現(xiàn)損害失效的情況，進(jìn)而影響整體的抵御效果，引發(fā)更為嚴(yán)重的電力系統(tǒng)故障。而弱電半導(dǎo)體故障主要是由內(nèi)部特性和外部因素的影響，出現(xiàn)故障問(wèn)題，進(jìn)而影響整體逆變器的正常運(yùn)行。

3 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的檢修思路和策略分析

3.1 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)檢修思路和策略分析

牽引系統(tǒng)作為地鐵車輛制動(dòng)運(yùn)行的基礎(chǔ)和前提，是確保地鐵車輛正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定客載的關(guān)鍵，在地鐵車輛運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是，從實(shí)際情況來(lái)看，在地鐵車輛運(yùn)行的過(guò)程中，牽引系統(tǒng)很容易發(fā)生故障問(wèn)題，進(jìn)而使得牽引系統(tǒng)出現(xiàn)異常，甚至癱瘓的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響地鐵車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，為了提升地鐵車輛的運(yùn)行效率和質(zhì)量，針對(duì)牽引系統(tǒng)中常見的故障問(wèn)題，設(shè)計(jì)有效的檢修思路和策略是尤為關(guān)鍵的，不僅可以提升地鐵車輛運(yùn)行問(wèn)題，有效緩解交通壓力，還可以提升城市形象，增強(qiáng)城市軟實(shí)力，對(duì)于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展極為關(guān)鍵。

比如，在實(shí)際進(jìn)行分析的過(guò)程中，可以針對(duì)上文中描述的牽引系統(tǒng)常見故障問(wèn)題，通過(guò)針對(duì)性分析的方式，對(duì)地鐵車輛電系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)的檢修思路和對(duì)策進(jìn)行分析，在對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行預(yù)防的同時(shí)，有效提升故障檢修的效率和水平，促進(jìn)地鐵車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行。首先，是針對(duì)運(yùn)行不正常的問(wèn)題，在針對(duì)這一故障設(shè)置檢修思路時(shí)，可以基于頻繁啟動(dòng)停止引發(fā)運(yùn)行不正常的理念，從而進(jìn)行檢修思路的設(shè)置，進(jìn)而有效促進(jìn)地鐵車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。如在可以通過(guò)設(shè)置定期檢修的方式，對(duì)車輛電氣牽引系統(tǒng)的過(guò)載情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)頻繁過(guò)載或臨界值的情況時(shí)，及時(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行更換和維修，進(jìn)而確保牽引系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。不僅如此，在設(shè)置檢修思路時(shí)，還可以對(duì)列車的停靠站點(diǎn)進(jìn)行合理規(guī)劃，當(dāng)出現(xiàn)交通高峰期時(shí)，可以通過(guò)加大運(yùn)行班次的方式，避免同一輛車啟動(dòng)停止過(guò)多，進(jìn)而引發(fā)過(guò)載問(wèn)題發(fā)生，在根源上減少地鐵車輛不正常運(yùn)行的問(wèn)題。其次，是針對(duì)金屬性短路與非金屬性短路故障的檢修思路設(shè)置，在進(jìn)行分析的過(guò)程中，可以加大軌道清理力度的方式，減少軌道金屬接觸和外部因素的影響，從而減少金屬性故障與非金屬性故障的發(fā)生。如通過(guò)設(shè)置清理指標(biāo)和清理臺(tái)賬的方式，結(jié)合健全的檢修規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保檢修清理人員對(duì)軌道進(jìn)行全面有效的清理，避免由于外部因素的影響，導(dǎo)致地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行不正常的現(xiàn)象，進(jìn)而印象地鐵車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行。并且，可以針對(duì)地鐵軌道范圍廣、長(zhǎng)度大的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)的方式，對(duì)牽引系統(tǒng)中的電流進(jìn)行有效識(shí)別，從而根據(jù)電流變化，快速準(zhǔn)確找出牽引系統(tǒng)故障部位，在提升故障處理效率和質(zhì)量額同時(shí)，有效促進(jìn)地鐵車輛的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)檢修思路和策略分析

地鐵車輛電氣系統(tǒng)中除了牽引系統(tǒng)以外，輔助也是極為重要的，不僅可以對(duì)地鐵車輛牽引系統(tǒng)的電壓進(jìn)行穩(wěn)定，還可以有效抵御電力系統(tǒng)中的異常電流，對(duì)于地鐵車輛電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行極為關(guān)鍵。因此，在對(duì)地鐵車輛電氣系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，還可以通過(guò)針對(duì)地鐵車輛電氣系統(tǒng)中的輔助系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)其常見的故障進(jìn)行分析，進(jìn)而有效完善地鐵車輛輔助系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，促進(jìn)地鐵車輛電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率與質(zhì)量。

比如，在實(shí)際進(jìn)行分析的過(guò)程中，可以在對(duì)牽引系統(tǒng)維修思路進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)地鐵車輛電氣系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)檢修思路進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析，從而確保輔助系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。首先，是針對(duì)電容器故障的問(wèn)題，在進(jìn)行檢修策略分析的過(guò)程中，可以打破原有依靠氧化膜自我修復(fù)的方式，通過(guò)對(duì)氧化膜狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，清楚掌握氧化膜的實(shí)際數(shù)據(jù)，及時(shí)對(duì)已經(jīng)損壞的氧化膜進(jìn)行更換，通過(guò)循環(huán)使用的方式，進(jìn)而在確保氧化發(fā)揮實(shí)際作用的同時(shí)，降低成本投入。并且在進(jìn)行分析的過(guò)程中，可以通過(guò)選購(gòu)更高品質(zhì)的氧化膜進(jìn)行使用，通過(guò)在源頭提升氧化膜質(zhì)量的方式，從而避免氧化磨損過(guò)快導(dǎo)致輔助系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行的情況，影響地鐵工作電壓的穩(wěn)定。其次，是針對(duì)電力半導(dǎo)體和弱電半導(dǎo)體器件故障的檢修思路分析，在進(jìn)行分析時(shí)，可以針對(duì)電力半導(dǎo)體失效的原因，通過(guò)建立檢修臺(tái)賬的方式，定期對(duì)電力半導(dǎo)體的實(shí)際效用進(jìn)行檢測(cè)，在不影響其質(zhì)量的前提下，確保在發(fā)生電涌浪的過(guò)程中，可以發(fā)揮自身作用。而弱電半導(dǎo)體設(shè)備故障的檢修，可以針對(duì)其產(chǎn)生損壞的因素，通過(guò)內(nèi)外兩種因素檢測(cè)的方式，首先對(duì)其自身的特性進(jìn)行檢測(cè)，確保符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，然后再對(duì)弱電半導(dǎo)體的溫度反應(yīng)、機(jī)械過(guò)應(yīng)力反應(yīng)、靜電損傷反應(yīng)、過(guò)電應(yīng)力反應(yīng)和濕度反應(yīng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的檢測(cè)，從而確保出現(xiàn)故障時(shí)，弱點(diǎn)半導(dǎo)體可以發(fā)揮自身實(shí)際效用，確保輔助系統(tǒng)的工作效率和質(zhì)量，提升地鐵車輛電氣系統(tǒng)的運(yùn)行安全穩(wěn)定。

4 總結(jié)

在對(duì)地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障與檢修進(jìn)行分析時(shí)，首先要對(duì)地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的概念進(jìn)行全面了解，結(jié)合目前常見的故障問(wèn)題，通過(guò)對(duì)應(yīng)分析方式，設(shè)置合理的檢修思路和策略，進(jìn)而有效促進(jìn)地鐵車輛的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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