李紅霞 王建行

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城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障檢修

李紅霞1王建行2

（青島市地鐵一號(hào)線有限公司 山東 青島 266000）

城市軌道交通的運(yùn)行在很大程度上解決了我國大型城市的交通堵塞問題，極大的促進(jìn)了我國的城市化建設(shè)。但在實(shí)際的城市軌道交通運(yùn)行過程中，城市軌道交通車輛牽引與輔助系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)不同的故障，這些故障可能會(huì)影響整條城市軌道交通線路的運(yùn)營，進(jìn)而嚴(yán)重影響人們的日常出行。因而對(duì)城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)故障進(jìn)行分析提出快速解決措施是當(dāng)前亟待解決的問題?；诖?，本文主要對(duì)城市軌道交通電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障檢修進(jìn)行了簡要的分析，希望可以為相關(guān)工作人員提供一定的參考。

城市軌道交通；車輛；牽引；輔助系統(tǒng)；故障檢修

引言

車輛牽引與輔助系統(tǒng)是保證城市軌道交通運(yùn)行的重要裝置，也是日常檢修中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過分析車輛電氣牽引與輔助系統(tǒng)的運(yùn)行及故障狀況，給出相應(yīng)的檢修與整改措施。

1 車輛牽引與輔助系統(tǒng)主要元件特點(diǎn)分析

1.1 車輛牽引系統(tǒng)主要元件特點(diǎn)

車輛牽引系統(tǒng)對(duì)城市軌道交通的正常運(yùn)行以及城市軌道交通的安全起著重要的作用，牽引系統(tǒng)組成復(fù)雜，元器件多。其中線路濾波器的作用是將輸入的電流平滑化，減少干擾，從而保證城市軌道交通運(yùn)行的安全。它還可以保障城市軌道交通發(fā)生突然接地故障時(shí)不會(huì)損壞牽引系統(tǒng)的其他設(shè)備；牽引系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)通常采用懸掛的方式安裝，是一種三相鼠籠式交流電動(dòng)機(jī)；牽引系統(tǒng)的逆變器由多種輔助元件組成，如逆變橋、支持電容等等；牽引系統(tǒng)的輔助斷路器位于逆變箱內(nèi)，它可以針對(duì)一些過流現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)，如接地、短路等。

1.2 車輛輔助系統(tǒng)主要元件特點(diǎn)

輔助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，它主要負(fù)責(zé)城市軌道交通上的電流控制，其包含的主要功能單元都是與電流相關(guān)的。一是蓄電池組，它由多個(gè)單體的定壓蓄電池組成，以滿足城市軌道交通運(yùn)行的需求，對(duì)其保護(hù)時(shí)要格外注意電壓和電流的控制；二是DC/DC變換器，即蓄電池充電器，它可以為城市軌道交通提供直流電，城市軌道交通一般設(shè)有兩個(gè)或以上的蓄電池充電器；三是DCAC逆變器，即輔助逆變器，它做為城市軌道交通上的輔助電源，可以直接為城市軌道交通車輛內(nèi)的電器設(shè)備提供交流電。

2 城市軌道交通車輛牽引系統(tǒng)控制

城市軌道到交通車輛控制一般有矢量控制、牽引控制、再生制動(dòng)控制。

2.1 矢量控制

矢量控制是系統(tǒng)控制當(dāng)中的主要控制方法，矢量控制具有快速響應(yīng)和高精度的特點(diǎn)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中利用矢量控制對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確的控制，能夠有效實(shí)現(xiàn)防沖擊控制，從而實(shí)現(xiàn)車輛的平穩(wěn)加速和準(zhǔn)確制動(dòng)。利用矢量控制這種方式，對(duì)空轉(zhuǎn)和滑行控制，可以更加充分地利用輪軌間的黏著力，在牽引或者是電空混合制動(dòng)的工況條件下，如果輪對(duì)發(fā)生了空轉(zhuǎn)或者是滑行的情況，輪軌間的黏著可以迅速恢復(fù)，保證了列車運(yùn)行更加平穩(wěn)。簡言之，利用矢量控制這種控制方式，城市軌道交通車輛的牽引系統(tǒng)可以發(fā)揮更加完整的作用，從而保證列車在運(yùn)行當(dāng)中的平穩(wěn)性，保障列車的行駛安全。

2.2 牽引控制

牽引控制是城市軌道交通車輛電氣控制設(shè)計(jì)中需要注意的另一種控制方式。牽引逆變器接收由司機(jī)控制器或者是ATO(Automatic Train Operation，自動(dòng)列車運(yùn)行裝置)裝置發(fā)出的給定牽引指令，再根據(jù)制動(dòng)控制裝置接收的列車空重信號(hào)等實(shí)現(xiàn)對(duì)列車牽引和輸出的轉(zhuǎn)矩控制。系統(tǒng)具有對(duì)速度進(jìn)行設(shè)定的功能，如果列車的速度在限定值的范圍之外，系統(tǒng)對(duì)牽引力進(jìn)行封鎖。當(dāng)速度恢復(fù)正常時(shí)，封鎖停止。除此以外，在ATP(Automatic Train Protection，列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng))被切除的情況下，系統(tǒng)可以對(duì)車輛具備限速或加速功能。所以當(dāng)坡度救援功能啟動(dòng)，利用加速功能可以有效地加大牽引力，從而將停靠在最大坡度的故障列車推過坡道。在上述兩點(diǎn)之外，列車還設(shè)有洗車運(yùn)行的模式，利用系統(tǒng)對(duì)牽引進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)規(guī)定速度區(qū)間內(nèi)的自動(dòng)控制施加和切除。

2.3 再生電制動(dòng)控制

再生電制動(dòng)控制是城市軌道交通車輛電氣牽引系統(tǒng)當(dāng)中第三種主要控制方式。目前列車的制動(dòng)方式主要采用的是混合運(yùn)算方式，所謂混合是指再生電制動(dòng)和空氣制動(dòng)。在具體應(yīng)用時(shí)，按照列車制動(dòng)力需求，系統(tǒng)可以優(yōu)先發(fā)揮電制動(dòng)力，以最大程度的降低閘瓦磨耗和電能消耗。當(dāng)使用再生電制動(dòng)時(shí)，優(yōu)先使用再生能量進(jìn)，使?fàn)恳刂茊卧梢詫?duì)電網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控，從而對(duì)再生能量的吸收狀況進(jìn)行檢查。如果電網(wǎng)的吸收能力不足或者是發(fā)生不能吸收的局面時(shí)，電網(wǎng)的電壓會(huì)升高，這時(shí)牽引控制單元會(huì)根據(jù)濾波電容器端電壓的具體情況，對(duì)斬波器的開通進(jìn)行控制。在電動(dòng)力不足的情況下，空氣制動(dòng)控制投入。

3 城市軌道交通車輛牽引系統(tǒng)的故障檢修

3.1 案例1

某城市城市軌道交通1號(hào)線列車開通運(yùn)營多年，列車牽引系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，但也存在一定的問題，其中典型問題為接地故障。具體表現(xiàn)為:列車在運(yùn)營過程中，車下產(chǎn)生異響，同時(shí)列車管理系統(tǒng)報(bào)接地故障。牽引系統(tǒng)復(fù)位后不能消除故障，須隔離故障車的牽引系統(tǒng)，并根據(jù)整列車牽引系統(tǒng)動(dòng)力損失情況進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)急處理：若損失1/3動(dòng)力，則列車正常運(yùn)行至終點(diǎn)后回庫檢查；若損失2/3動(dòng)力，則須清客后回庫檢查；若損失全部動(dòng)力，需要啟動(dòng)救援。

3.1.2故障原因分析

該線路車輛為B2型車，采用6輛編組，3動(dòng)3拖，其牽引系統(tǒng)主要包含牽引逆變器模塊和斬波器模塊，可實(shí)現(xiàn)牽引、再生制動(dòng)、電阻制動(dòng)、重聯(lián)運(yùn)行功能。與牽引系統(tǒng)相關(guān)的主要設(shè)備，包括主隔離開關(guān)、高速斷路器、牽引逆變器、濾波電抗器、制動(dòng)電阻器（BR1和BR2）以及牽引電機(jī)。每個(gè)牽引逆變器驅(qū)動(dòng)4個(gè)三相牽引電機(jī)，這些電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)向架的4個(gè)軸。當(dāng)列車牽引系統(tǒng)內(nèi)差動(dòng)電流傳感器（DCCT1）檢測(cè)的瞬時(shí)值大于或等于150A時(shí)，報(bào)接地故障。在該情況下，為保護(hù)牽引設(shè)備，其系統(tǒng)控制部分將線路接觸器（LB）斷開，制動(dòng)斬波（BCH）停止，閘極關(guān)閉，高速斷路器斷開，同時(shí)報(bào)牽引逆變器故障。牽引逆變器歷史事件記錄和高速跟蹤數(shù)據(jù)均顯示實(shí)際報(bào)接地故障，該故障一般是由于牽引系統(tǒng)出現(xiàn)接地點(diǎn)所致。

3.1.3應(yīng)對(duì)措施

1）針對(duì)濾波電抗器的絕緣擊穿問題，通過加強(qiáng)濾波電抗器的檢修頻率和檢修深度，以及改善濾波電抗器的工作環(huán)境進(jìn)行應(yīng)對(duì)。2）針對(duì)濾波電抗器接線盒進(jìn)入異物問題，目前已對(duì)濾波電抗器的接線盒進(jìn)行全封閉式改造。3）針對(duì)制動(dòng)電阻進(jìn)異物問題，已要求對(duì)電客車軌行區(qū)的行車環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，并加強(qiáng)檢修作業(yè)，及時(shí)對(duì)進(jìn)入設(shè)備的異物進(jìn)行清理，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)不完全封閉設(shè)備的檢查。4）針對(duì)高速斷路器、線路接觸器開合時(shí)易導(dǎo)致的拉弧燒損問題，從檢修頻率和檢修深度兩個(gè)方面加強(qiáng)對(duì)設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)、觸頭磨耗量、滅弧罩狀態(tài)以及電氣性能的檢查，以保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2 案例2

某城市軌道交通車輛為動(dòng)態(tài)故障，故障點(diǎn)在傳感器，第一起故障發(fā)生時(shí)間為2011年，通過對(duì)阻值進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)為零兆歐，在更換傳感器后，檢測(cè)表明故障已經(jīng)得到處理。第二起故障發(fā)生于2012年，萬用表的測(cè)量結(jié)果顯示絕緣失效，并且檢測(cè)面有劃痕存在，在對(duì)傳感器進(jìn)行更換之后再采取同樣的方式進(jìn)行測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)故障已經(jīng)完全消除。第三起故障發(fā)生于2012年，測(cè)定結(jié)果表明絕緣值為零兆歐，因此可判斷出傳感器絕緣性能存在較大問題，并且在這種不正常的狀態(tài)下發(fā)出了錯(cuò)誤的信號(hào)，在更換傳感器之后再重新進(jìn)行測(cè)定，表明故障已經(jīng)完全消除。第四起故障發(fā)生于2013年，在檢測(cè)時(shí)牽引速度為每小時(shí)20千米，通過對(duì)插頭進(jìn)行拆卸，發(fā)現(xiàn)故障位于檢測(cè)面，之后在完成傳感器的更換與測(cè)定之后，發(fā)現(xiàn)故障已經(jīng)完全消除。

3.2.1故障原因

（1）阻值：在靜態(tài)調(diào)試的狀態(tài)下能夠?qū)υ擃愋偷墓收线M(jìn)行全面檢查，之后就可根據(jù)結(jié)合車輛的實(shí)際情況明確故障的原因。因此，該類型故障的檢測(cè)方式較為簡單，故障也較為明確。（2）絕緣：該類型的故障目前在檢修時(shí)主要由廠家完成，并且在完成整個(gè)檢修處理之后會(huì)以合格證書作為證明，因此不必再進(jìn)行性能的重復(fù)測(cè)定[2]。（3）檢測(cè)面：在靜態(tài)調(diào)試的情況下很難發(fā)現(xiàn)該類型的故障，因此必須選擇動(dòng)態(tài)調(diào)試的方式，并且需要將速度控制在每小時(shí)15千米左右，在這種情況下系統(tǒng)才能做出預(yù)警反應(yīng)，便于相關(guān)人員對(duì)故障進(jìn)行處理。后兩種類型的故障均是在動(dòng)態(tài)調(diào)試的狀態(tài)下才能夠了解，并且故障處理時(shí)間較長，這不僅會(huì)延誤檢修時(shí)間，同時(shí)也增加了車輛的成本，因此有必要研究出更為有效的解決方案。

3.2.2應(yīng)對(duì)措施

預(yù)防方案能夠?qū)⒐收习l(fā)生的概率降低至最小，但故障是不可避免的，因此最重要的是制定好處理故障的措施。下面就以絕緣故障的處理為例，對(duì)故障處理的步驟及方法進(jìn)行詳細(xì)探討。第一，在發(fā)生故障時(shí)需要通過監(jiān)視器查看與故障相關(guān)的各項(xiàng)信息，如車號(hào)等。第二，傳感器插頭的數(shù)量為五針，首先需要測(cè)定2、3、4針，并根據(jù)阻值是否相同判斷是否發(fā)生了故障。第三，對(duì)1、4、5插頭進(jìn)行絕緣檢測(cè)，了解絕緣性能是否處于正常范疇之內(nèi)。第四，若前幾項(xiàng)步驟均無異常，則表明故障原因仍不明確，這時(shí)就需要對(duì)傳感器進(jìn)行拆卸，對(duì)檢測(cè)面以及外觀進(jìn)行全面核查，判定故障所在的位置及原因，如果故障類型為PGD，則需要進(jìn)行故障位置測(cè)定。檢修工作已經(jīng)持續(xù)了較長時(shí)間，但與此同時(shí)故障類型也越發(fā)復(fù)雜并且處理難度較高。因此需要對(duì)現(xiàn)有故障的原因進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上制定出相應(yīng)的解決方案。另外，故障還涉及到發(fā)電機(jī)等多個(gè)方面，因此還需要加大檢修力度，對(duì)各類故障進(jìn)行有效處理。

4 輔助系統(tǒng)的故障與檢修

4.1 故障分析

（1）電容器故障。鋁電解電容器處于逆變器內(nèi)部，作用是穩(wěn)定車輛的運(yùn)行電壓。因電容工作時(shí)極易對(duì)氧化膜造成破壞，雖然氧化膜可以自行愈合，但自愈速度遠(yuǎn)小于損壞速度，因此僅依賴氧化膜自愈是無法滿足修補(bǔ)要求的，不僅會(huì)出現(xiàn)氧化膜破損，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)被擊穿，使電容器失效。（2）電力半導(dǎo)體器件故障。對(duì)逆變器來說，一旦電力半導(dǎo)體失效，就會(huì)造成逆變器失效。因?yàn)殡姎庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)過程中未對(duì)電力半導(dǎo)體器件采取一定的保護(hù)措施，所以容易造成其失效。（3）半導(dǎo)體器件故障。逆變器內(nèi)部的多個(gè)弱電半導(dǎo)體單元直接關(guān)系著逆變器能否正常工作，一旦某個(gè)部件出現(xiàn)故障，逆變器的整體功能將會(huì)受到影響，進(jìn)而對(duì)逆變器的整體性能帶來危害。逆變器失效原因可分為內(nèi)部原因與外部原因。內(nèi)部原因是逆變器固有特性發(fā)生了改變，外部原因是外界影響造成的故障。

4.2 故障檢修分析

（1）創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。就是將輔助系統(tǒng)的故障采集數(shù)據(jù)一一輸入到未經(jīng)訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，然后在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中對(duì)故障采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的ANN（Artificial Neural Networks，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）訓(xùn)練，與此同時(shí)還可在訓(xùn)練過程中找出解決問題的最佳辦法，以便獲得與之相對(duì)應(yīng)的診斷網(wǎng)絡(luò)。其中，診斷網(wǎng)絡(luò)是對(duì)故障進(jìn)行檢修的重要前提，必須通過診斷系統(tǒng)找出故障原因，才可有效的對(duì)故障進(jìn)行檢修。（2）對(duì)網(wǎng)絡(luò)的診斷，主要是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的一個(gè)過程，既是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸入診斷出輔助系統(tǒng)故障原因與故障點(diǎn)的過程，也是提取與處理故障點(diǎn)的過程。完成故障診斷則可按照輔助系統(tǒng)的信息樣本進(jìn)行故障處理，最后在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中做好相應(yīng)的檢查工作，這一點(diǎn)很重要，以免前功盡棄。

5 結(jié)束語

總而言之，車輛電氣牽引與輔助系統(tǒng)是保證城市軌道交通系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障，在保證城市軌道交通車輛正常運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為此，應(yīng)以科學(xué)技術(shù)為指導(dǎo)，認(rèn)真研究并分析城市軌道交通車輛牽引與輔助系統(tǒng)的故障原因，然后根據(jù)故障特點(diǎn)采取合理的檢修措施，實(shí)現(xiàn)高效處理牽引與輔助系統(tǒng)故障問題的目的，不斷提高檢修水平，為城市軌道交通車輛的安全運(yùn)行提供可靠保障。

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the operation of urban rail transit solves the problem of traffic jam in large cities in China to a great extent, and greatly promotes the construction of urbanization in China. However, in the actual operation of urban rail transit, the traction and auxiliary system of urban rail transit vehicles will have different faults, which may affect the operation of the entire urban rail transit line. And then seriously affect people's daily travel. Therefore, it is an urgent problem to solve the trouble of traction and auxiliary system in the electric system of urban rail transit vehicle. Based on this, this paper mainly focuses on the traction and auxiliary in the electric system of urban rail transit. This paper briefly analyzes the troubleshooting of the auxiliary system, and hopes to provide some reference for the relevant staff.

urban rail transit; vehicle; traction; auxiliary system; troubleshooting

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.11.060

U269

A

1672-9129(2017)11-0051-02