地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统的故障与检修

张野 宁洪博 沈阳地铁集团有限公司运营分公司

地铁交通作为现如今城市的主要交通方式，其便利的路线、相对于路面交通拥挤的宽松和其低碳环保的性能都受到了城市居民的认可。而作为城市最主要的交通方式，其安全性是不可忽略的。地铁车辆相对于路面交通拥有更大的载客量，一旦出现事故便是不可估量的损失。而地铁车辆的牵引系统和辅助系统便是最容易发生故障的装置。

一、牵引系统的故障分析与检修方法

（一）故障分析

1.超负荷运行

作为一种载客量极大的交通方式，一辆地铁可以容纳的乘客是客车的数十倍，所以在高峰期时过大的载客量会给地铁的运行造成极大的损害。而地铁是在复杂的地下交通轨道上运行，有时站点与站点之间的距离太近，导致刚刚启动不久便开始制动，在这种长时间的超负荷运行中，会对地铁的制动以及启动带来很大的问题，会造成地铁车辆的电路存在短路的问题，从而影响地铁的运行电网。

2.金属短路

金属性短路是钢轨和三轨之间发生金属连接才会造成的短路现象。比如检修人员在进行完检修工作后并没有将钢轨和三轨之间的金属工具拿走，这会导致地铁重新运行时造成钢轨与三轨之间的直接短路现象。还有一种情况便是底座的绝缘体被高电压击穿，从而造成短路。

3.绝缘体失效

在地铁运行过程中，免不了碰到雨雪问题。而原本固定在道床上的绝缘支座也会因为水能够导电的原因从而使其与接地扁铜间的绝缘效果大大下降。同时，长时间的使用与运行会让地铁车辆的支撑件上出现大量的污物从而导致绝缘效果降低。这样会造成电流通过绝缘支座传到接地扁铜上，形成回路，从而造成短路的现象。

（二）检修方法

地铁车辆的牵引系统出现故障是比较常见的情况之一。而采用仿真的方式便可以有效的对牵引系统发生故障进行检修。在进行检修时，整个地铁牵引系统处于断电状态，而在这时进行短路的仿真操作便可以进行故障检修。其中的原理便是电流的运动状态会根据其与故障点之间的距离的缩短而增加的；且电流的上升速度会随着故障点与接触点的距离接近而变小。通过分析仿真操作得到的电流情况，可以得到关于电流的指数函数，即故障点距离接触点越远，电流的上升速度越慢；故障点距离接触点越近，电流的上升速度便会越快。通过仿真实验得到接触点电流的大小以及指数函数的斜率便可以准确的检测出牵引系统到底有无故障以及故障点的位置。

二、辅助系统的故障分析与检修方法

（一）故障分析

1.弱电半导体器件失效

在逆变器内含有一件非常重要的辅助工具，那便是弱电半导体器件。这些器件的作用是辅助电力半导体器件进行电能的转换和电路的控制。如果弱电半导体器件失效，那么整个逆变器的工作也会发生故障，严重时也会导致逆变器失效。而导致弱电半导体器件失效可以分为两个原因：（1）其自身的可靠性。每一个电子元件都有其自身的用途，如果其自身质量有问题便会导致逆变器失效。（2）外部因素。导致半导体器件失效的外部因素也有很多，比如温度过高、机械碰撞、电流损伤、湿度问题等。

2.电容器失效

在逆变器的内部还有一个以铝作为电解质的电容器，其作用是稳定电压。而铝作为一个很常用的电解质原材料在长时间的使用后很容易损坏。铝作为电解质发生的是氧化反应从而生成了三氧化二铝的氧化膜，而氧化膜具有一定的保护作用。在发生轻微损害时，氧化膜能自主修复。但是当氧化膜损坏的速度大于其自主修复的速度时，便会被电容器内的高电压击穿，以至于电容器失去作用不能稳定电压。

3.电力半导体器件失效

逆变器是工作于高电压环境，其内部流过的电流也是非常大的。而电力半导体器件便是逆变器工作的核心，当电力半导体器件失效后逆变器便不能正常的工作。然而许多设计师在设计逆变器时过于追求提高逆变器的效率，忽略了对电力半导体器件的保护，导致了电力半导体器件的失效率较高。

（二）检修方法

神经网络故障诊断法是用来检测辅助系统故障最常用的方法。它能作为检测方法是因为：（1）高度的并行性：人工神经网络有许多相同的简单处理单元并联组合而成，虽然每一个神经元的功能简单，但大量简单神经元并行处理能力和效果，却十分惊人。（2）高度的非线性全局作用：人工神经网络每个神经元接受大量其他神经元的输入，并通过并行网络产生输出，影响其他神经元，网络之间的这种互相制约和互相影响，实现了从输入状态到输出状态空间的非线性映射，从全局的观点来看，网络整体性能不是网络局部性能的叠加，而表现出某种集体性的行为。而诊断的步骤可以分为两个方面：（1）ANN 训练算法。ANN 训练算法是通过对接收到的辅助系统的信息进行计算，然后自动学习便可获得期望得到的诊断网络。（2）进行诊断。通过算法得到的诊断网络，然后对整个辅助系统进行诊断，如果哪一个部分发生了故障，神经网络会给出相应的数据。

三、结束语

现如今时代正在飞速发展，随着人口的增多和交通工具的发展，城市的交通问题已经成了人们每日关注的热点。每日上下班的高峰期，街上便会被来来往往的车辆堵得水泄不通，所以地铁的确是居民最方便的交通方式。我国已经在地铁的技术问题上取得了很大的成果，并且地铁交通的发展也做得有声有色。但是我国对于地铁车辆电气系统的故障检修并不能称得上居于世界前列。所以这就要求我国的技术人员以及工程师们能更加清晰的认识到对于车辆电气系统故障检修的重要性，不断提升我国故障检修的水平。