地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统故障检修分析

地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统故障检修分析

潘乐

深圳市地铁集团有限公司广东深圳518000

摘要：地铁车辆在长期的运行过程中，都不可避免的会出现一些故障，而在这些故障中电气系统中的牵引系统和辅助系统故障率占据最高，因此必须加强这两部分的故障检修，深入了解其中的故障机理。因此，本文介绍了电气系统中牵引系统和辅助系统的基本组成和功能，重点介绍牵引系统和辅助系统的故障检修分析方法，供广大读者参考，希望为提升地铁车辆的运行效率和运行质量提供些许可用参考。

关键词：地铁车辆；电气系统；牵引系统；辅助系统；故障检修

一、地铁车辆电气系统中牵引和辅助系统的基本组成和功能

1.1.牵引系统的基本组成和功能

地铁车辆电气系统中牵引系统主要包括接地故障检测系统、线路滤波器、牵引逆变器模块和高速断路器。（1）线路滤波器：主要用于平滑输入电流，发挥一直接触网与车辆互相干扰的作用，以此来降低接触网对其他结构和模块的不利影响。在地铁车辆的变电所断路器断开，或者雷击事故导致瞬时行波时，线路滤波器就能够起到一定的保护作用，确保突然接地故障发生时不损坏其他设备。（2）牵引逆变器：由DUC控制板、GDU单元、逆变桥、支持电容以及过呀保护电阻和其他辅助原件组成。（3）高速断路器：安装在逆变箱中，对接地、短路引发的过流情况有极好的保护效果。

1.2辅助系统的基本组成和功能

辅助系统一般由蓄电池组、DC/AC逆变器和DC/DC变换器组成。（1）蓄电池组：蓄电池保护方式有充电器对充电电压的控制、充电过程中的过电压和过电流保护、蓄电池与充电器之间的隔离等。（2）DC/DC变换器（又称蓄电池充电器）：作为地铁车辆的直流供电工作，通常有两个（含）以上的蓄电池充电器，以弥补单个蓄电池充电器故障后无法继续为车辆供电的缺陷。（3）DC/AD逆变器（又称辅助逆变器）：从架空接触网上受电后，可作为辅助电源使用，为车辆内的交流负载供电。

二、牵引系统的故障检修分析方法

2.1牵引系统的故障产生分析

2.1.1非正常运行状态

在地铁车辆运行工程中，都必然会处于制动或者启动状态一段时间，而这种状态却会给地铁车辆带来很大的损伤。而且在交通高峰期，乘客数量增加，地铁车辆的载客数量也会大幅上升，就会导致地铁车辆出现严重的超重情况，并处于非正常的运行状态，再加上地铁车辆的制动而产生的电压和电流的波支，同时损伤地铁车辆的运行电网，进而引发牵引系统故障。

2.1.2金属性故障

这种故障是指钢轨和三轨之间出现的金属接触，或者是绝缘支座被击穿，进而引发接地扁铜与三轨之间直接出现短路的情况。当供电系统正在进行停电检修时，若检修人员无意间将放金属工具遗落在钢轨和三轨之间，就会使得系统再重新送电时引发短路故障。

2.1.3非金属性短路故障

这种短路故障常常发生在雨雪天气下，由于水是导体，可以成为供电系统的连接体，进而使得原先固定在道床之上的绝缘支座与接地扁铜之间的绝缘效果降低。此外，加上地铁车辆在长时间的运行中在支撑件上积累下来的污物和绝缘老化情况，使得电流泄露，并通过失效的绝缘支座传到扁铜，进而形成电流回路。除了这种短路故障之外，还有一种常见的短路故障，即电弧短路故障。电弧短路故障发生在三轨供电运作系统之中，产生原因主要是带电梯对导体的放电作用。

图1地铁供电系统示意图

2.2牵引系统的故障检修方法

一般对牵引系统的故障使用仿真方法进行检修，在检修期间，若地铁牵引系统位于牵引变电所的远端，那么就可以使用短路操作对故障检修过程进行仿真检修，让获得的不通电的位置与实际位置相同，而且其中的电流的运动状态也会根据其与故障点之间的距离的缩短而上升。电流的上升速度还会与故障点和接触点之间的距离成反比，进而工作人员便可以判断牵引系统是否存在故障需要维修。在通过分析直流馈线电流的仿真结果，还可以得到类似的指数函数，即电流上升速度与距离接触网末端距离之间的函数关系，当电流上升速度越小时，电流的稳定值就越高。通过仿真结果，查看馈线电流的大小和电流上升的情况，就能够较为准确的检测出是否存在故障。

三、辅助系统的故障检修分析方法

3.1辅助系统故障的表现

3.1.1电容器故障

在逆变器的内部装设铝电解电容器，能够发挥出稳压的作用。铝电解电容器的氧化膜在电流工作过程十分容易被损坏，虽然其自身具备一定的自愈能力，但当损伤的速度大于其自愈的速度时，氧化膜自我修复的能力跟不上损伤的速度，就会导致氧化膜破损，甚至击穿，进而导致电容器失效。

3.1.2弱半导体器件故障

在每个逆变器的内部，都有很多个弱电半导体元器件，各个元器件之间协调运作，牵一发而动全身，这些元器件直接决定了整个逆变器能否正常工作。若其中的某一个元器件发生了故障，那么逆变器的整体性能都会受到影响，甚至影响整个逆变器。从整体方面来看，半导体器件失效的因素可以分为内因和外因两大部分。内因方面则是由器件自身的固有缺陷引发的问题，而外因方面则是受到外界因素的影响而导致的故障。

图2牵引系统故障仿真维修示意图

3.1.3电力半导体器件故障

逆变器的工作环境中电流量十分大，电力半导体器件失效，也会导致逆变器失效，但是在很多设计师在设计过程中，并未将这一特点考虑在内，没有重视电力半导体器件的保护。

3.2辅助系统的故障检修

在辅助系统的故障检修中，一般都会利用神经网络故障诊断法进行，主要的论述如下所示：

3.2.1训练创建网络

采集辅助系统的信息样本并输入到没有训练的网络中去，在未训练的网络中多样本进行ANN训练，在不断重复的训练中找到最佳的解决方案，进而得到所需要的诊断网络。正确的训练网络是辅助系统进行故障检修的必备前提条件。

3.2.2网络诊所

所谓的网络诊断，就是指用神经网络进行计算的全过程，换句话说也就是以诊断网络的输入为基础，对系统进行诊断的整个过程。首先预处理和提取故障的特征，之后再处理辅助系统的信息样本和故障数据，最后再在神经网络之中进行故障检修工作。

四、案例分析

某地铁车辆由两个牵引单元构成，编组情况为A-B-C-B-A；其中A是带有司机室的拖车，总长为241.8m，B为带受电弓的动车，全长为226m，C为动车，长度为226m。该车辆宽2.9m，最高速度为80Km/h，平均速度为35Km/h。列车整体通过架空接触网受电，额定电压为1500V。根据该车辆一年中牵引系统和辅助系统故障的统计，得知该车辆中主牵引制动控制系统故障率为13.03%，辅助系统故障率为11.22%。对故障原因进行检测和分析后发现，影响因素有两大类，一是电缆虚接或链接端子松脱，这主要是由于列车生产时的工艺缺陷所致；二是蓄电池故障，主要表现有蓄电池亏电、反接、供电失败和接线柱锈蚀、缺电解液等。面对这些问题，必须加强列车的接线检查，尽早发现尽早排除；对于蓄电池故障则要避免人为失误造成的误接线和反接线，规范管理蓄电池使用等。

五、结语

随着城市人口的增加，城市交通压力不断上升，特别在出行高峰期，交通拥挤成为了人们出行的头号困扰。地铁作为城市交通的主力军，在日后的发展中，必将成为人们出行的首要选择。那么，地铁工作人员就必须深入了解地铁电气系统故障的机理，加快技术更新和创新速度，加强业界人员的交流与学习，不断提升地铁的运行质量，提升故障检修的精度和速度，为地铁的快速高效运行保驾护航。为乘客提供舒适、安全、高效的出行环境。

参考文献：

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