地铁电气系统中牵引与辅助系统的故障检修汪国阳

地铁电气系统中牵引与辅助系统的故障检修汪国阳

汪国阳

深圳地铁运营集团车辆中心检修一部518000

【摘要】地铁对于城市的交通、经济起到促进作用，有效解决了地面交通的堵塞问题。地铁运营过程中，电气系统时常出现这样那样的故障问题，影响着整个地铁线路的正常运营。因此，对地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统故障进行分析，并提出解决措施，具有重要意义。

【关键词】地铁车辆；牵引；辅助系统；故障检修

一、车辆牵引系统与车辆辅助系统主要元件特点

车辆牵引系统对于地铁的安全运营起到重要作用，而车辆牵引系统组成复杂及元器件众多，首先，线路滤波器可以减少干扰，如地铁车辆突然接地故障时不会损坏牵引系统的其他设备；其次，牵引系统的电动机一般采取三相鼠笼式交流电动机，牵引系统的逆变器由多种辅助元件组成，如逆变桥、支持电容等等。辅助系统则比较简单，主要负责电流控制，由蓄电池组、DC/DC变换器、DC\AC逆变器等组成，蓄电池组主要控制电流，DC/DC变换器可以为地铁提供直流电，DC\AC逆变器作为辅助电源，可以直接为地铁车辆内的电器设备提供交流电。

二、地铁车辆牵引系统控制

城市轨道到交通车辆控制一般有矢量控制、牵引控制、再生制动控制。

（一）矢量控制

矢量控制具有快速响应和高精度的特点，矢量控制是系统控制当中的主要控制方法。系统设计中利用矢量控制对电机的转矩进行精确的控制，有效实现防冲击控制，从而实现地铁车辆的平稳加速和准确制动。利用矢量控制这种方式，对空转和滑行控制，可以更加充分地利用轮轨间的黏着力，在牵引或者是电空混合制动的工况条件下，如果轮对发生了空转或者是滑行的情况，轮轨间的黏着可以迅速恢复，保证了列车运行更加平稳。

（二）牵引控制

牵引控制是地铁车辆电气控制设计中需要注意的另一种控制方式。牵引逆变器接收由司机控制器或者是ATO(AutomaticTrainOperation，自动列车运行装置)装置发出的给定牵引指令，再根据制动控制装置接收的列车空重信号等实现对列车牵引和输出的转矩控制。系统具有对速度进行设定的功能，如果列车的速度在限定值的范围之外，系统对牵引力进行封锁。当速度恢复正常时，封锁停止。除此以外，在ATP(列车自动保护系统)被切除的情况下，系统可以对车辆具备限速或加速功能。所以当坡度救援功能启动，利用加速功能可以有效地加大牵引力，从而将停靠在最大坡度的故障列车推过坡道。在上述两点之外，列车还设有洗车运行的模式，利用系统对牵引进行控制，实现规定速度区间内的自动控制施加和切除。

（三）再生电制动控制

再生电制动控制是地铁车辆电气牵引系统当中第三种主要控制方式。目前列车的制动方式主要采用的是混合运算方式，所谓混合是指再生电制动和空气制动。在具体应用时，按照列车制动力需求，系统可以优先发挥电制动力，以最大程度的降低闸瓦磨耗和电能消耗。当使用再生电制动时，优先使用再生能量进，使牵引控制单元可以对电网的状态进行连续的监控，从而对再生能量的吸收状况进行检查。如果电网的吸收能力不足或者是发生不能吸收的局面时，电网的电压会升高，这时牵引控制单元会根据滤波电容器端电压的具体情况，对斩波器的开通进行控制。在电动力不足的情况下，空气制动控制投入。

三、地铁车辆牵引系统的故障检修

（一）案例

某城市地铁线路列车开通运营多年，列车牵引系统整体运行稳定，但也存在一定的问题，其中典型问题为接地故障。具体表现为:列车在运营过程中，车下产生异响，同时列车管理系统报接地故障。牵引系统复位后不能消除故障，须隔离故障车的牵引系统，并根据整列车牵引系统动力损失情况进行相应的应急处理：若损失1/3动力，则列车正常运行至终点后回库检查；若损失2/3动力，则须清客后回库检查；若损失全部动力，需要启动救援。

（二）故障原因分析

该线路车辆为B2型车，采用6辆编组，3动3拖，其牵引系统主要包含牵引逆变器模块和斩波器模块，可实现牵引、再生制动、电阻制动、重联运行功能。与牵引系统相关的主要设备，包括主隔离开关、高速断路器、牵引逆变器、滤波电抗器、制动电阻器（BR1和BR2）以及牵引电机。每个牵引逆变器驱动4个三相牵引电机，这些电机分别驱动两个转向架的4个轴。当列车牵引系统内差动电流传感器（DCCT1）检测的瞬时值大于或等于150A时，报接地故障。在该情况下，为保护牵引设备，其系统控制部分将线路接触器（LB）断开，制动斩波（BCH）停止，闸极关闭，高速断路器断开，同时报牵引逆变器故障。牵引逆变器历史事件记录和高速跟踪数据均显示实际报接地故障，该故障一般是由于牵引系统出现接地点所致。

（三）应对措施

1）针对滤波电抗器的绝缘击穿问题，通过加强滤波电抗器的检修频率和检修深度，以及改善滤波电抗器的工作环境进行应对。2）针对滤波电抗器接线盒进入异物问题，目前已对滤波电抗器的接线盒进行全封闭式改造。3）针对制动电阻进异物问题，已要求对电客车轨行区的行车环境进行优化，并加强检修作业，及时对进入设备的异物进行清理，重点加强对不完全封闭设备的检查。4）针对高速断路器、线路接触器开合时易导致的拉弧烧损问题，从检修频率和检修深度两个方面加强对设备内部状态、触头磨耗量、灭弧罩状态以及电气性能的检查，以保证设备运行的稳定性。

四、辅助系统的故障与检修

（一）故障分析

1）电容器故障。铝电解电容器处于逆变器内部，作用是稳定车辆的运行电压。因电容工作时极易对氧化膜造成破坏，虽然氧化膜可以自行愈合，但自愈速度远小于损坏速度，因此仅依赖氧化膜自愈是无法满足修补要求的，不仅会出现氧化膜破损，严重时还会被击穿，使电容器失效；2）电力半导体器件故障。对逆变器来说，一旦电力半导体失效，就会造成逆变器失效。因为电气系统设计过程中未对电力半导体器件采取一定的保护措施，所以容易造成其失效；3）半导体器件故障。逆变器内部的多个弱电半导体单元直接关系着逆变器能否正常工作，一旦某个部件出现故障，逆变器的整体功能将会受到影响，进而对逆变器的整体性能带来危害。逆变器失效原因可分为内部原因与外部原因。内部原因是逆变器固有特性发生了改变，外部原因是外界影响造成的故障。

（二）故障检修分析

1）创建网络系统。就是将辅助系统的故障采集数据一一输入到未经训练的网络系统当中，然后在网络系统中对故障采集的数据进行对应的ANN（ArtificialNeuralNetworks，人工神经网络）训练，与此同时还可在训练过程中找出解决问题的最佳办法，以便获得与之相对应的诊断网络。其中，诊断网络是对故障进行检修的重要前提，必须通过诊断系统找出故障原因，才可有效的对故障进行检修；2）对网络的诊断，主要是通过神经网络对所得数据进行计算的一个过程，既是根据网络输入诊断出辅助系统故障原因与故障点的过程，也是提取与处理故障点的过程。完成故障诊断则可按照辅助系统的信息样本进行故障处理，最后在神经网络系统中做好相应的检查工作，这一点很重要，以免前功尽弃。

五、结束语

总而言之，车辆电气牵引与辅助系统是保证地铁系统正常运转的重要保障，在保证地铁车辆正常运行中发挥着至关重要的作用。为此，应以科学技术为指导，认真研究并分析地铁车辆牵引与辅助系统的故障原因，然后根据故障特点采取合理的检修措施，实现高效处理牵引与辅助系统故障问题的目的，不断提高检修水平，为地铁车辆的安全运行提供可靠保障。

参考文献:

[1]杜玉亮.列车辅助系统不断电技术研究[D].北京交通大学,2016.

[2]黄赟.地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统故障检修分析[J].住宅与房地产,2016(12):236.