电气控制电路在轨道交通车辆中的应用及故障分析

电气控制电路在轨道交通车辆中的应用及故障分析

郭福涛  ,杜旭超  ,齐石

成都长客新筑轨道交通装备有限公司 （成都） 611430 

摘要：控制电路作为电气专业的基础，在各行各业应用广泛。轨道交通车辆作为全系统均使用电气设备的轨道交通装备，不仅依靠电气控制电路实现相应的功能，同时对车辆繁琐的控制逻辑提供了强有力的逻辑支撑，使车辆能够按照操作人员的要求执行相应的指令，如此车辆中控制电路承担着车辆上功能实现的重要使命，控制电路的完整及是否存在故障，对车辆的安全运营存在巨大的影响。

关键词：控制电路；轨道交通；电压等级；故障检修分析

轨道交通系统是指通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通的总称[1],根据服务范围差异，轨道交通一般分成国家铁路系统、城际轨道交通和城市轨道交通三大类。由于不类别的车辆的应用场景不通，其车辆的供电电压制式也不相同[2]。作为以电力机车为基础发展而来的轨道交通装备，在电气的设计及应用方面涉及广泛且逻辑复杂，对车辆在运行中实现复杂的系统控制起到了巨大的作用。

一、电气控制电路概述

电气控制电路是指在整个电气电路中，能够使相应电器或元器件按照要求进行相应动作的线路。控制电路主要包括外部输入的信号部分、各种开关、电源及各个电器的线圈、对应触点等。一个完整的电路包括设备的主电路、控制电路、信号电路及指示电路等。相对于主电路而言，控制电路也十分重要，主电路负责相应功能的实现，控制电路主要起到对主电路及其设备进行控制和保护的作用。

轨道交通的控制电路主要实现的功能包括但不限于：车辆的唤醒/休眠、高压主电路投入/断开、车辆的牵引/制动的功能实现以及其他负载的系统（如广播系统、空调系统、门系统等）需要实现功能的控制。

二、轨道交通电气控制电路原理

轨道交通车辆电气控制电路根据电气原理图进行实物的布置和电气连接，通过操作激活（唤醒）按钮，完成车辆的控制电路激活，由空气断路器给控制电路上电，根据不同系统的要求，使用自复位（非自复位）旋钮（按钮）完成设备的供电或发出相应的控制信号。

由于轨道交通车辆系统原理的复杂性，除本系统的控制外，各系统间存在交互控制或满足相应条件时完成相应的控制信号输入。受条件的限制，控制电路存在一级、二级甚至多级的情况，即当控制电路中存在某一个条件，其条件达成后控制电路才形成回路，实现控制电路的功能。

三、轨道交通电气控制电路分类

根据车辆的供电电压等级制式不通，车辆的控制电路电源一般取决于车辆自带蓄电池的电压等级，通常有轨电车为DC24V，地铁车辆、城际动车及高速动车等车辆为DC110V。根据各系统的功能要求不同，主要分为以下几类：

第一类：由本车蓄电池提供控制电压，为车辆控制电路供电，控制同等级电压的主电路。如某城市有轨电车的照明系统控制电路（见图1），通过DC24V控制调光控制器，调光控制器通过控制DC24V主电路，为照明系统供电，实现车辆的照明需求。

图1 某车辆照明系统供电电气原理图

第二类：由本车蓄电池提供控制电压，为车辆控制电路供电，控制其他等级电压的主电路。如某项目地铁车辆的风源系统控制电路（见图2），蓄电池为控制电路提供DC110V的控制电压，闭合空开，按动按钮，控制接触器动作，接触器对应的触点闭合，为设备提供AC380V的供电电压，保证设备稳定运行。

图2 某项目地铁车辆风源控制系统供电电气原理图

第三类：由本车蓄电池提供控制电压，为车辆控制电路供电，控制压力开关，由压力开关控制高压主电路闭合，为车辆提供高压（见图3）。蓄电池为控制电路提供DC110V的控制电压，控制二级电路中电磁阀动作，通过风压控制压力开关闭合，控制三级主电路的主断闭合，高压通过高压主电路到达车辆使用设备，为车辆进行供电。

图3某项目城际车辆高压电路电气原理图

四、轨道交通电气控制电路的故障及分析

故障示例：某项目地铁车辆，车辆的辅助逆变器箱内接地开关跳闸，在人机交互终端上报出交流相接地故障。

(一）故障分析

空气开关跳闸一般有两种原因，为开关后的控制电路有接地的情况，或者开关后的电路过载。但由于地铁车辆设计原理的特殊性，辅助逆变器箱是为整车提供交流供电及为蓄电池充电。交流相接地故障的原因为车内所有负载系统的控制电路有接地的情况[3]。

（二）故障排查

车辆正常激活（唤醒）前，将车辆所有负载系统的控制空开全部断开，保证车辆无故障报出，然后使用排除法，对各系统的控制电路进行逐个上电操作，当车辆报出故障时，排查所上电的系统控制电路及主电路部分，逐步确定故障点后，进行故障处理。

故障示例：某项目有轨电车，车辆在正常激活（唤醒）时，相应控制电路不得电，对应车辆激活继电器无动作，导致车辆无法激活（唤醒）。

(一）故障分析

由于有轨电车车辆的蓄电池电压等级为DC24V，所以休眠电路与车辆激活（唤醒）电路设计使用同一个电路，通过将继电器后端电路对地，使继电器无法得电吸合的方式，进行车辆休眠。为保证电路对地不会导致空气开关跳闸，在电路中设计增加了电阻，确保电路稳定。

（二）故障排查

检查控制电路电阻两端电压，如在电阻前端未检测到电压，则证明控制电路存在断点，致使车辆激活继电器无法正常得电。如电阻前端有电压，电阻后端没有电压且电阻发热，则为电阻后端电路有接地情况，电阻由导线的功能变为元器件。检查后部电路，逐步确定接地位置，并进行处理。

结语：结合以上介绍，城市轨道交通车辆所有要实现的各类功能，都由控制电路负责提供电力支撑或者进行命令指令的发出或者执行，且控制电路故障对车辆的影响很大，车辆的系统调试及常规的日常维护对车辆能否准时出车，能否在正线提供安全的运营保障，提供了巨大的帮助。系统的调试人员和维保人员的专业程度同样会对车辆的问题处理起到关键性作用，系统的培训加上经验的积累会不断提高相关人员的能力，为轨道交通的运营提供更完善、更仔细的车辆检查，确保车辆安全有效的运营。

参考文献：

[1]GB/T 5655-1985 城市公共交通常用名词术语.

[2]王伯铭.城市轨道交通车辆工程].2007.09:10-11

[3]刘长城，王亚彬.城市轨道车辆调试培训教材].2017.03：107-108