深圳地铁3号线电客车紧急牵引功能电路改造

熊哲辉,宋 福

(深圳市地铁3号线投资有限公司,广东深圳518173)

深圳地铁3号线电客车控制诊断系统(TCDS)设计时考虑了备份模式,即正常情况下列车的牵引、制动等指令通过网络进行传输,此时列车控制诊断系统(TCDS)对列车各项功能进行控制与诊断,当列车网络故障,无法传输相关指令时,可选择紧急运行(EO)备份模式,列车可限速25 km/h运行。但在列车调试过程中,对紧急运行模式进行试验,发现紧急牵引运行功能无法实现。如果电客车没有紧急运行备用模式,一旦列车发生网络故障,则列车无法依靠自身动力牵引运行,将造成列车救援事故,给全线列车的正点运行造成巨大的影响。

1 列车紧急牵引功能介绍

(1)列车网络功能正常时牵引、制动控制

列车TCDS网络正常时,列车的牵引、制动控制由网络控制。TCDS网络计算机采集列车的各种状态和安全数据,对列车进行控制和诊断。列车停车时(列车速度小于1 km/h),自动施加保持制动,列车起动时,随着电机牵引力矩的上升,保持制动力呈反比下降,列车速度达到2 km/h时,保持制动全部缓解,列车实现牵引运行(见图1)。

图1 列车网络功能正常时牵引/制动控制图

(2)列车网络故障,紧急牵引模式下的牵引制动控制

当列车控制与诊断系统(TCDS)故障时,列车设有紧急牵引(即EO模式)控制。实现方法是按下“紧急运行”按钮,列车控制系统通过硬线传输高电平信号(DC110 V)到牵引控制单元(VVVF)和制动单元(BECU),同时紧急牵引继电器(EMOPR)得电,该继电器的常开触点闭合后,将紧急运行信号反馈至列车控制诊断系统,以屏蔽控制诊断系统发出所有指令,此时列车完全依靠6条硬线来控制列车运行。6条硬线分别是向前指令线、向后指令线、牵引指令线、50%制动指令线、100%制动指令线、紧急运行模式指令线。紧急牵引模式下牵引逆变器(VVVF)和制动系统(BECU)的控制单元均采用备份软件对列车牵引、制动进行控制,此模式下列车由VVVF系统控制软件限速25 km/h,同时列车具有100%一级牵引力,50%,100%两级制动力。

2 紧急牵引功能存在的问题分析

列车在调试时,发现紧急运行功能无法实现,问题存在于牵引指令电路上(见图2)。

牵引指令电路在正常情况下,列车司机主控手柄在牵引位时,2123线得电,门选开关(8SC1)打“0”位,2124线得电,紧急制动环路建立(即紧急环路继电器常开触点EBAPR1闭合),2125线得电,门关好回路建立(所有门关闭继电器常开触点DCR1闭合或门旁路按钮DCBPS被按下),2127线得电,列车未制动即BNRR继电器常闭触点未动作,列车未施加停放制动即PBRR继电器得电常开触点闭合,或者制动旁路按钮BNBPS按下情况下,2129线得电,发出牵引指令高电平(DC110 V),并送到每节动车的牵引系统控制单元,列车即能紧急牵引运行。

图2 牵引指令传输电路图

列车在调试过程中,发现牵引指令不能正常送出,2129线无高电平输出。电路存在的问题是由于制动不缓解继电器得电,常闭触点处于断开状态,使牵引指令无法送出。列车不缓解继电器得电,是由于列车在停车时,施加保持制动,列车处于制动状态,即列车未缓解情况下,制动不缓解继电器是得电动作的,所以常闭触点BNRR断开,使牵引指令无法送出,列车无法实现紧急牵引功能。

从电路上分析和试验运行中发现,按压制动旁路按扭BNBPS时,不论常闭触点BNRR是否断开,2129线都可以送出牵引指令,列车可以实现紧急运行牵引,但制动旁路按钮直接短接了制动不缓解继电器常闭触点BNRR和停放制动继电器常开触点PBRR,当制动系统故障导致列车在制动不缓解时,或司机在未确认停放制动已施加的情况下推牵引手柄牵引列车时,将会造成列车轮对擦伤等严重事故。所以,一般情况下要谨慎使用制动旁路按钮(BNBPS)。因此,须对牵引指令电路进行改进,以实现紧急牵引运行功能。

3 技术改造方案

根据上述紧急牵引功能存在问题分析,改造方案是在制动不缓解继电器常闭触点BNRR上并联一个延时断开型继电器常开触点5SDR4(图3),这个延时断开型继电器5SDR4由制动电路的5 km/h零速信号线控制(见图4)。

图3 5SDR4的电路分析图

图4 继电器5SDR4接线图

由于列车停车时,5 km/h零速信号线为高电平(DC110 V),延时继电器 5SDR4得电,其常开触点5SDR4闭合,当列车牵引动车时5 km/h零速信号线为低电平,延时断开型继电器5SDR4延时4 s(可调)后断开。即当列车在开始起动时,由于保持制动尚未缓解,制动不缓解继电器常闭触点处于断开状态,牵引指令可经延时断开型继电器5SDR4触点上通过,4 s内列车速度已超过2 km/h时,保持制动已全部缓解(由制动控制单元自动控制),制动不缓解继电器失电,常闭触点闭合,牵引控制指令从制动不缓解继电器常闭触点BNRR上通过,使牵引指令不间断的正常发出,即利用延时断开型继电器5SDR4触点的延时断开作用,在列车起动时跨接制动不缓解继电器BNRR常闭触点,避免了列车在起动时由于保持制动未缓解,制动不缓解继电器BNRR常闭触点断开而使牵引指令无法发出的问题,从而实现列车紧急牵引功能。

4 紧急牵引功能改造后的效果

深圳市地铁3号线24列地铁电客车紧急牵引功能从2010年9月开始进行加装延时断开型继电器的改造(图5),到2010年12月28日改造全部完成。在试车线对改造后所有列车进行了紧急牵引功能的动态试验,试验时按下“紧急运行”按钮,所有列车均可按原设计要求限速牵引运行。

图5 延时断开型继电器5SDR4安装图

列车紧急牵引功能的实现,避免了列车正线运行时,因网络故障无法牵引而发生被迫救援事故,为深圳地铁3号线的正常运营秩序提供了重要保障。