城市轨道交通车辆电气系统中牵引与辅助系统的故障检修

李红霞 王建行



城市轨道交通车辆电气系统中牵引与辅助系统的故障检修

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（青岛市地铁一号线有限公司 山东 青岛 266000）

城市轨道交通的运行在很大程度上解决了我国大型城市的交通堵塞问题，极大的促进了我国的城市化建设。但在实际的城市轨道交通运行过程中，城市轨道交通车辆牵引与辅助系统会出现不同的故障，这些故障可能会影响整条城市轨道交通线路的运营，进而严重影响人们的日常出行。因而对城市轨道交通车辆电气系统中牵引与辅助系统故障进行分析提出快速解决措施是当前亟待解决的问题。基于此，本文主要对城市轨道交通电气系统中牵引与辅助系统的故障检修进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。

城市轨道交通；车辆；牵引；辅助系统；故障检修

引言

车辆牵引与辅助系统是保证城市轨道交通运行的重要装置，也是日常检修中的重点和难点。通过分析车辆电气牵引与辅助系统的运行及故障状况，给出相应的检修与整改措施。

1 车辆牵引与辅助系统主要元件特点分析

1.1 车辆牵引系统主要元件特点

车辆牵引系统对城市轨道交通的正常运行以及城市轨道交通的安全起着重要的作用，牵引系统组成复杂，元器件多。其中线路滤波器的作用是将输入的电流平滑化，减少干扰，从而保证城市轨道交通运行的安全。它还可以保障城市轨道交通发生突然接地故障时不会损坏牵引系统的其他设备；牵引系统的电动机通常采用悬挂的方式安装，是一种三相鼠笼式交流电动机；牵引系统的逆变器由多种辅助元件组成，如逆变桥、支持电容等等；牵引系统的辅助断路器位于逆变箱内，它可以针对一些过流现象进行保护，如接地、短路等。

1.2 车辆辅助系统主要元件特点

辅助系统的结构相对简单，它主要负责城市轨道交通上的电流控制，其包含的主要功能单元都是与电流相关的。一是蓄电池组，它由多个单体的定压蓄电池组成，以满足城市轨道交通运行的需求，对其保护时要格外注意电压和电流的控制；二是DC/DC变换器，即蓄电池充电器，它可以为城市轨道交通提供直流电，城市轨道交通一般设有两个或以上的蓄电池充电器；三是DCAC逆变器，即辅助逆变器，它做为城市轨道交通上的辅助电源，可以直接为城市轨道交通车辆内的电器设备提供交流电。

2 城市轨道交通车辆牵引系统控制

城市轨道到交通车辆控制一般有矢量控制、牵引控制、再生制动控制。

2.1 矢量控制

矢量控制是系统控制当中的主要控制方法，矢量控制具有快速响应和高精度的特点。在系统设计中利用矢量控制对电机的转矩进行精确的控制，能够有效实现防冲击控制，从而实现车辆的平稳加速和准确制动。利用矢量控制这种方式，对空转和滑行控制，可以更加充分地利用轮轨间的黏着力，在牵引或者是电空混合制动的工况条件下，如果轮对发生了空转或者是滑行的情况，轮轨间的黏着可以迅速恢复，保证了列车运行更加平稳。简言之，利用矢量控制这种控制方式，城市轨道交通车辆的牵引系统可以发挥更加完整的作用，从而保证列车在运行当中的平稳性，保障列车的行驶安全。

2.2 牵引控制

牵引控制是城市轨道交通车辆电气控制设计中需要注意的另一种控制方式。牵引逆变器接收由司机控制器或者是ATO(Automatic Train Operation，自动列车运行装置)装置发出的给定牵引指令，再根据制动控制装置接收的列车空重信号等实现对列车牵引和输出的转矩控制。系统具有对速度进行设定的功能，如果列车的速度在限定值的范围之外，系统对牵引力进行封锁。当速度恢复正常时，封锁停止。除此以外，在ATP(Automatic Train Protection，列车自动保护系统)被切除的情况下，系统可以对车辆具备限速或加速功能。所以当坡度救援功能启动，利用加速功能可以有效地加大牵引力，从而将停靠在最大坡度的故障列车推过坡道。在上述两点之外，列车还设有洗车运行的模式，利用系统对牵引进行控制，实现规定速度区间内的自动控制施加和切除。

2.3 再生电制动控制

再生电制动控制是城市轨道交通车辆电气牵引系统当中第三种主要控制方式。目前列车的制动方式主要采用的是混合运算方式，所谓混合是指再生电制动和空气制动。在具体应用时，按照列车制动力需求，系统可以优先发挥电制动力，以最大程度的降低闸瓦磨耗和电能消耗。当使用再生电制动时，优先使用再生能量进，使牵引控制单元可以对电网的状态进行连续的监控，从而对再生能量的吸收状况进行检查。如果电网的吸收能力不足或者是发生不能吸收的局面时，电网的电压会升高，这时牵引控制单元会根据滤波电容器端电压的具体情况，对斩波器的开通进行控制。在电动力不足的情况下，空气制动控制投入。

3 城市轨道交通车辆牵引系统的故障检修

3.1 案例1

某城市城市轨道交通1号线列车开通运营多年，列车牵引系统整体运行稳定，但也存在一定的问题，其中典型问题为接地故障。具体表现为:列车在运营过程中，车下产生异响，同时列车管理系统报接地故障。牵引系统复位后不能消除故障，须隔离故障车的牵引系统，并根据整列车牵引系统动力损失情况进行相应的应急处理：若损失1/3动力，则列车正常运行至终点后回库检查；若损失2/3动力，则须清客后回库检查；若损失全部动力，需要启动救援。

3.1.2故障原因分析

该线路车辆为B2型车，采用6辆编组，3动3拖，其牵引系统主要包含牵引逆变器模块和斩波器模块，可实现牵引、再生制动、电阻制动、重联运行功能。与牵引系统相关的主要设备，包括主隔离开关、高速断路器、牵引逆变器、滤波电抗器、制动电阻器（BR1和BR2）以及牵引电机。每个牵引逆变器驱动4个三相牵引电机，这些电机分别驱动两个转向架的4个轴。当列车牵引系统内差动电流传感器（DCCT1）检测的瞬时值大于或等于150A时，报接地故障。在该情况下，为保护牵引设备，其系统控制部分将线路接触器（LB）断开，制动斩波（BCH）停止，闸极关闭，高速断路器断开，同时报牵引逆变器故障。牵引逆变器历史事件记录和高速跟踪数据均显示实际报接地故障，该故障一般是由于牵引系统出现接地点所致。

3.1.3应对措施

1）针对滤波电抗器的绝缘击穿问题，通过加强滤波电抗器的检修频率和检修深度，以及改善滤波电抗器的工作环境进行应对。2）针对滤波电抗器接线盒进入异物问题，目前已对滤波电抗器的接线盒进行全封闭式改造。3）针对制动电阻进异物问题，已要求对电客车轨行区的行车环境进行优化，并加强检修作业，及时对进入设备的异物进行清理，重点加强对不完全封闭设备的检查。4）针对高速断路器、线路接触器开合时易导致的拉弧烧损问题，从检修频率和检修深度两个方面加强对设备内部状态、触头磨耗量、灭弧罩状态以及电气性能的检查，以保证设备运行的稳定性。

3.2 案例2

某城市轨道交通车辆为动态故障，故障点在传感器，第一起故障发生时间为2011年，通过对阻值进行测定，发现为零兆欧，在更换传感器后，检测表明故障已经得到处理。第二起故障发生于2012年，万用表的测量结果显示绝缘失效，并且检测面有划痕存在，在对传感器进行更换之后再采取同样的方式进行测量时，发现故障已经完全消除。第三起故障发生于2012年，测定结果表明绝缘值为零兆欧，因此可判断出传感器绝缘性能存在较大问题，并且在这种不正常的状态下发出了错误的信号，在更换传感器之后再重新进行测定，表明故障已经完全消除。第四起故障发生于2013年，在检测时牵引速度为每小时20千米，通过对插头进行拆卸，发现故障位于检测面，之后在完成传感器的更换与测定之后，发现故障已经完全消除。

3.2.1故障原因

（1）阻值：在静态调试的状态下能够对该类型的故障进行全面检查，之后就可根据结合车辆的实际情况明确故障的原因。因此，该类型故障的检测方式较为简单，故障也较为明确。（2）绝缘：该类型的故障目前在检修时主要由厂家完成，并且在完成整个检修处理之后会以合格证书作为证明，因此不必再进行性能的重复测定[2]。（3）检测面：在静态调试的情况下很难发现该类型的故障，因此必须选择动态调试的方式，并且需要将速度控制在每小时15千米左右，在这种情况下系统才能做出预警反应，便于相关人员对故障进行处理。后两种类型的故障均是在动态调试的状态下才能够了解，并且故障处理时间较长，这不仅会延误检修时间，同时也增加了车辆的成本，因此有必要研究出更为有效的解决方案。

3.2.2应对措施

预防方案能够将故障发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处理故障的措施。下面就以绝缘故障的处理为例，对故障处理的步骤及方法进行详细探讨。第一，在发生故障时需要通过监视器查看与故障相关的各项信息，如车号等。第二，传感器插头的数量为五针，首先需要测定2、3、4针，并根据阻值是否相同判断是否发生了故障。第三，对1、4、5插头进行绝缘检测，了解绝缘性能是否处于正常范畴之内。第四，若前几项步骤均无异常，则表明故障原因仍不明确，这时就需要对传感器进行拆卸，对检测面以及外观进行全面核查，判定故障所在的位置及原因，如果故障类型为PGD，则需要进行故障位置测定。检修工作已经持续了较长时间，但与此同时故障类型也越发复杂并且处理难度较高。因此需要对现有故障的原因进行分析，并在此基础上制定出相应的解决方案。另外，故障还涉及到发电机等多个方面，因此还需要加大检修力度，对各类故障进行有效处理。

4 辅助系统的故障与检修

4.1 故障分析

（1）电容器故障。铝电解电容器处于逆变器内部，作用是稳定车辆的运行电压。因电容工作时极易对氧化膜造成破坏，虽然氧化膜可以自行愈合，但自愈速度远小于损坏速度，因此仅依赖氧化膜自愈是无法满足修补要求的，不仅会出现氧化膜破损，严重时还会被击穿，使电容器失效。（2）电力半导体器件故障。对逆变器来说，一旦电力半导体失效，就会造成逆变器失效。因为电气系统设计过程中未对电力半导体器件采取一定的保护措施，所以容易造成其失效。（3）半导体器件故障。逆变器内部的多个弱电半导体单元直接关系着逆变器能否正常工作，一旦某个部件出现故障，逆变器的整体功能将会受到影响，进而对逆变器的整体性能带来危害。逆变器失效原因可分为内部原因与外部原因。内部原因是逆变器固有特性发生了改变，外部原因是外界影响造成的故障。

4.2 故障检修分析

（1）创建网络系统。就是将辅助系统的故障采集数据一一输入到未经训练的网络系统当中，然后在网络系统中对故障采集的数据进行对应的ANN（Artificial Neural Networks，人工神经网络）训练，与此同时还可在训练过程中找出解决问题的最佳办法，以便获得与之相对应的诊断网络。其中，诊断网络是对故障进行检修的重要前提，必须通过诊断系统找出故障原因，才可有效的对故障进行检修。（2）对网络的诊断，主要是通过神经网络对所得数据进行计算的一个过程，既是根据网络输入诊断出辅助系统故障原因与故障点的过程，也是提取与处理故障点的过程。完成故障诊断则可按照辅助系统的信息样本进行故障处理，最后在神经网络系统中做好相应的检查工作，这一点很重要，以免前功尽弃。

5 结束语

总而言之，车辆电气牵引与辅助系统是保证城市轨道交通系统正常运转的重要保障，在保证城市轨道交通车辆正常运行中发挥着至关重要的作用。为此，应以科学技术为指导，认真研究并分析城市轨道交通车辆牵引与辅助系统的故障原因，然后根据故障特点采取合理的检修措施，实现高效处理牵引与辅助系统故障问题的目的，不断提高检修水平，为城市轨道交通车辆的安全运行提供可靠保障。

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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