地铁车辆电气系统及其故障系统研究

魏永青

摘 要：近年来，随着我国地铁车辆的日趋完善，乘坐地铁出行已经成为很多城市居民的首选工具。而地铁车辆在长期的运行过程中，不可避免地会产生一系列的故障，其中，电气系统中的故障是最常见的。为此，本文主要就地铁车辆电气系统的故障进行相关的研究，以供广大同仁交流探讨。

关键词：地铁车辆；电气系统；故障

引 言：城市轨道交通运营是一项较为复杂的系统工程，其安全保障工作涉及众多设备，而在运营过程中所出现的设备故障中，以电气设备故障所引发的灾害频率更大、危害性也更高。工作人员如能有效预防或及时找到故障原因，并排除故障，最大限度地消除安全隐患，将能够更充分满足地铁列车的驾驶任务。对提高设备利用率，防止故障的发展恶化和减少经济损失都具有重大意义。

1 地铁车辆故障诊断的特点

地铁车辆属于电力机车的一种，它拥有非常复杂的动力系统，该系统是由诸多零部件组合而言。地铁车辆的运行过程具有一定的复杂性、随机性和动态性，几乎所有时刻观察所得的数据都具有不可重复性。从系统论的角度上讲，地铁车辆的故障诊断具有以下几个方面的特点：

1.1 零部件多、结构复杂，但却具有非常明显的层次性。地铁车辆虽然由若干个零部件组合而成，但是仍然可将其具体分为几大系统，即电气系统、机械系统、空气管路等等，这些系统中又包含了多个子系统，每个子系统都是由诸多零部件组成，由此形成了一个具有分层结构的树形网路结构。

1.2 故障诊断时需要检测的参数较多，车载检测设备有限。由于地铁车辆本身属于一个复杂的动态系统，为了能够准确地对各个子系统的故障进行诊断，需要检测大量的参数。以电气系统故障诊断为例，需要检测的参数包括各个电气设备的高低电平信号、电气参数信号等等。在具体诊断时，需要采集相关的信号进行分析处理，从而获得车辆的故障信息。然而，地铁车辆在设计时，仅仅考虑了一些常规故障的检测，车辆上自带的检测设备比较有限，无法对所有故障问题进行准确有效的诊断。

1.3 车辆故障具有突发性及缓变性的特点。在对大量的地铁车辆故障进行分析后发现，很多故障都存在突发性的特点，故障出现的比较突然，几乎没有任何明显的征兆，很难进行准确的预测。同时，还有一些故障具有缓变性的特点，即故障为渐进性的，故障发生后会导致局部功能失效，此类故障一般都可以通过相关的检测设备进行预测。

1.4 故障诊断的实时性要求较高。通常情况下，地铁车辆的运行环境较为恶劣，这在一定程度上增大了设备故障的发生几率，一旦运行中的车辆出现故障，其后果十分严重。为此，在车辆运行过程中需要及时发现故障征兆，并在故障初期提醒司机采取有效的措施加以解决处理，从而使故障得以快速排除，确保车辆运行安全。

2 地铁车辆电气系统中部件特点

2.1车辆概论

以某地铁线路为例，该线路采用的是国产化B型车，车辆编组是三动三拖，编组为二车、三车、五车为动车（有牵引电机，可以提供动力），一车、四车、六车为拖车，没有动力。

列车牵引系统和列车诊断系统采用的是日本三菱公司的产品，制动系统采用的是德国克诺尔公司的控制产品，车门采用的是北京博得公司的产品。

2.2受电弓

DC1500V电源是通过受电弓从架空电网上得到的。受电弓安装在车顶。电流经由受电弓端子流到车下的高速斷路器（HB）。受电弓通过压缩空气进行升降，由电磁阀控制。如果主风缸压缩空气压力过低，升弓泵就会启动打风，从而将受电弓升起。

2.3高速断路器

为了使牵引系统与直流1500V供电电源连接或断开，在每个动车装有一台高速断路器。集成安装在箱中的主要优点是：可以节省车下空间用于其他设备安装，并且使HB与外界环境隔离。高速断路器安装在受电弓与VVVF（牵引逆变器）之间，能高效地保护由于短路、接地等造成的过流，其保护范围与变电所保护协调。它的限流特性和高速切断能力能防止由于短路或过载而引起的损坏。高速断路器HB的分断能力是双向的，所以它能从电网隔离设备也可以在再生制动过程中隔离，并且对地有很高的绝缘等级，高的分断能力，短的响应时间，不受气候条件的影响，具有长使用寿命。

2.4制动系统

以某地铁线路为例，该线路的制动系统主要组成为：空气压缩机、网关阀，智能阀等。

该线路电客车的六节编组中，每个车厢都有一个网关阀和一个智能阀，网关阀控制一位端转向架，智能阀控制二位端转向架，网关阀负责与列车总线进行通讯。

列车制动系统采用的是电-空混合制动，在列车高速运行中时，如果列车进站需要制动，首先动车的牵引电机将由电动机转化为发电机，电流通过VVVF（牵引逆变器）变成1500V直流通过HB（高速断路器）回馈架空电网，此时动车速度降低，但此时动车的闸瓦并没有动作，而此时由于拖车没有牵引电机，而列车各个车厢要保持一致的速度，列车控制系统会发出控制命令，拖车的闸瓦接触踏面，降低拖车的速度，从而使列车各个车厢的速度保持一致，这样有助于延长车厢之间连接的车钩寿命。当列车的速度进一步下降，牵引电机的电流达不到网压时，牵引电机的电流通过制动电阻变成热量散发掉；列车速度进一步降低时，全列的闸瓦开始动作，这时列车的制动就完全变为空气制动。

当列车出现紧急情况时，司机控制台上有专门的紧急制动按钮，当司机按动紧急制动按钮时，列车控制系统会直接给出空气制动的指令，闸瓦迅速动作，从而使列车在短时间内迅速停车。

在列车进站停稳后，列车控制系统会给出保持制动的指令，从而防止电客车溜车。而当司机发车，司控器给出牵引指令后，保持制动自动缓解，无需司机进行任何操作，从而列车建立牵引，可以动车。

3 地铁车辆电气系统的故障查询

当地铁车辆出现电气故障不能工作时， 应通过查询司机故障报单及列车控制系统的故障履历等了解车辆的各种情况。这是修理地铁车辆中非常重要的一步，也往往是容易被修理人员忽视的一步。这也是在修理过程中经常容易走弯路的重要原因。地铁车辆的管理者和司机是最了解车辆状况的人，向司机和地铁车辆运用发生故障时的在场人员了解故障时的情况，是列车刚刚启动时就产生的异常，还是运行一段时间后产生的异常。是明显存在的故障现象，还是时有时无的故障现象，故障的外部表现，大致部位，发生故障的环境，是否靠近明火或在蒸汽等热源，有无腐蚀性气体侵蚀，有无漏水漏液等，这些条件均会使绝缘损坏或是导线或是零件损坏，引起故障。是否有人修理过，有无修理的原始记录，修理的内容是什么？最好看原始记录，以便找到合理的途径，也好对故障进行分割，而找到正确的产生故障的原因，以便采取正确的修理方案。同时，还应了解故障前后车辆的状态及司机做出了什么应急处理措施，行车调度给出了什么处理意见，故障是是偶然的还是断续发生的或直到后面发展严重的情况，应及时作好记录，这将有利现在和以后的检修。

4 结语

总之，为了保证地铁车辆电气系统能够正常运行，应该正确认识电气系统中的常见故障，并运用相应的检修手段准确地找出原因，然后采取相应的措施进行处理，保证地铁车辆整体的可靠性，使地铁车辆能够正常、稳定的运行。

参考文献：

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