地铁车辆电气牵引系统的电气控制及辅助系统的故障检修

彭勇顽

摘 要：随着地铁线路的不断扩增，对城市交通及经济作出了巨大贡献，缓解了地面交通的压力，激活城市经济发展活力。地铁车辆电气控制作为整个地铁牵引系统的核心，对电气控制技术的发展直接影响着地铁牵引系统的运行状况。在地铁的运行过程中，其电气系统对整个运行线路的安全及效率起到直接影响，因此，只有确保地铁车辆牵引系统的稳定运行，才能够使地铁安全、平稳的运行。本文主要对地铁车辆的电气牵引系统中的电气控制及辅助系统故障检修进行简要探讨，供同行借鉴参考。

关键词：地铁车辆；电气牵引系统；电气控制；故障与检修

1.地铁车辆电气牵引系统的构成

地铁车辆的牵引系统主要由避雷器（LP）、制动电阻（BR）、牵引逆变器（VVVF）、含HSCB的高压箱（HV）、牵引电动机（MOTOR）及受电弓（PAN）等部件组成，其中高压箱主要是由高速断路器、充电设备及其主隔离开关组成。一般地铁车辆上都配有两个受电弓，之所以要配备两个受电弓，就是为了防止地铁在运行的过程中一个受电弓出现故障，另一台受电弓依然能够正常的运行，以提供车辆正常运行需要的高电压。在地铁车辆的牵引控制系统内，还配备有牵引逆变器，与牵引逆变器相连的一端有相应的支撑电容，通过这样的一个支撑电容，能够有效地保障逆变器输出电压的稳定程度，同时在地铁的运行过程中也能够起到一个能量缓冲的作用。除此之外，在地铁车辆牵引系统中，还有着滤波电抗器，它与电容能够共同构成一个维持电压稳定的装置，进而使逆变器能够稳定的工作。

2.地铁运行过程中的安全保障

对地铁车辆的牵引是通过一系列的设备和电路来完成的，系统的正常运行离不开这些设备和电路的正常运行，在这么多的设备和电路之中，制動设备对列车减速和停车是必不可少的，列车每当需要减速或者靠站时，都需要通过制动设备来对其进行减速，所以制动设备的稳定运行，对保障车辆的安全运行以及市民乘坐车辆的舒适程度有着至关重要的作用。一般情况下，在城市轨道交通的运行过程中，制动设备都是采用电制动的方式，具体的形式包括再生制动和电阻制动，同时还可以用机械制动来辅助，只要能够对地铁车辆进行一个全方位的制动保障。通过对制动系统的有效使用，对列车运行的速度进行合理的控制，对列车的制动力进行一个完整的调整，进而使车辆在运行的过程中能够安全稳定的停靠，还大大减少了列车停止时的噪音。机械制动的方式主要采用压缩空气作为动力来进行制动，而再生制动和电阻制动都是通过铁路制动电磁铁及轨道电磁制动器，在制动的过程中，将车辆的动能转化为电能，转化到电网之中，从而提供给其他车辆制动用的电能，从而完成车辆的制动。

3.地铁车辆电气牵引系统的电气控制

3.1地铁车辆牵引系统的交流电传动控制

在地铁车辆的牵引技术之中，牵引变流技术是一种非常重要的技术，是所有地铁车辆中都必须采用的一种技术。牵引变流技术是以功率较大的半导体器件作为基础，除了牵引变流技术之外，常用的牵引技术还有叠压低感母排技术、光纤传输与隔离技术以及冷却技术等等。通过对这些技术的有效运用，能够更加有效地保障地铁车辆在运行过程中牵引力的持续提供，同时又能够完成直流能量的有效转换。在运行的过程中，通过将水作为转变的媒介，然后再通过自然管和风冷却技术，使得整个牵引过程中变得更加高效便捷，也使得整个系统的运行负荷有一个很大的提高。

除了地铁运行过程中牵引变流技术之外，交流传动技术也为地铁车辆电气系统的安全运行提供了更加有效地保障。什么是交流传动控制技术呢？实际上就是基于逆变器的一种集合技术，从而实现了对电流交互影响的控制，因为在地铁运行的过程中，很多线路的运行还存在着很大的问题，通过对这种技术的有效运用，能够使地铁运行过程中存在的问题得到有效的解决。

3.2牵引控制

在地铁车辆的实际运行过程中，控制器和制动装置往往会对牵引逆变器发出一定的指令，牵引逆变器通过接受这些指令做出一定的判断，进而实现对地铁车辆的牵引控制。但是在地铁车辆的运行过程中，对车速的控制因素往往是多方面的，如果说车辆的速度超出了一定的范围，即使司机控制器没有发出相应的指令，列车运行的速度也会受着其他系统的调整，并且对牵引力的输出做出封锁。只有当车辆的运行速度恢复到正常的车速范围之内，封锁才会解除。当车辆在运行过程中遇到坡道时，往往会提高加速的功能，使得车辆获得相应的加速度，保证车辆的正常运行。

4.地铁车辆电气系统中辅助系统的故障与检修

4.1 辅助系统故障的主要表现

4.1.1 电容器故障

为了对地铁车辆的工作电压起到稳定作用，通常会在逆变器内部设置铝电解电容器。其中，氧化膜容易在电容运行过程中出现损坏，尽管氧化膜可以自我修复，但是损坏速度远大于恢复速度，所以会增加氧化膜被击穿的概率，导致电容器失去作用。

4.1.2 电力半导体器件故障

对于逆变器而言，其通常在具有强烈的电浪涌环境下进行工作，而一旦电力半导体器件出现失效，则难免会对逆变器的工作状态造成影响，甚至导致其出现失效情况。此外，电力半导体器件的保护在设计过程中通常不被重点关注，所以增加了电力半导体器件出现失效问题的概率。

4.1.3 弱电半导体器件故障

逆变器的工作状态与其内部的弱电半导体单元有着直接联系，如果其中一个弱电半导体单元出现问题，则会影响逆变器的整体功能。其中，内部因素与外部因素是导致逆变器出现问题的主要原因。内部因素指的是逆变器的固有特性出现的变化，而外部因素则是由于外部因素的影响而形成的故障，主要包括温度失效、机械过应力失效、静电损伤失效、过电应力失效、湿度失效等。

4.2 辅助系统的故障检修

在现阶段，通过神经网络故障诊断方法可以对辅助系统中出现故障的原因进行有效的判断，具体实施过程如下所述：首先是神经网络的创建，详尽的采集地铁车辆电气系统中辅助系统的各类信息样本，随后将采集到的信息输送至没有经过训练的神经网络当中，此时的神经网络便会对数据样本信息进行必要的ANN训练，并且在训练过程中可以指定出更为科学合理的解决方案，以便更有效的获得有关的诊断网络。与此同时，诊断的作用可以为故障检修的顺利的开展提供重要的参考的作用。其次是完成网络诊断，对于网络诊断来讲，其主要是将神经网络的计算过程进行充分的体现，并且系统完成相应的诊断过程需要根据诊断网络的输入方可进行，同时会根据故障的特点进行预先的处理和提取，随后将会有效的处理辅助系统的信息样本和故障数据，最后则是会在搭建完成神经网络之中完成。

5.结语

要想让整个地铁系统做到正常的运转，电气牵引系统是重中之重，因为他在地铁车辆的运行过程中发挥着至关重要的作用。通过对该系统的控制来实现对地铁整个牵引力的控制，对维持地铁的安全运行有着至关重要的作用。

参考文献

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[2]姜悦礼.地铁车辆电气牵引系统的RAMS设计[J]铁道机车与动车，2014

[3]吴浩.地铁列车负载故障下的辅助逆变器失效频谱特性分析[J].城市轨道交通研究，2012（08）.

[4]李国正.基于RAMS的地铁列车车载设备维修策略与故障诊断研究[D].北京交通大学，2013.

（作者单位：深圳市地铁集团有限公司运营总部）