地铁车辆辅助电源系统及典型故障处理分析

王跃 李雪刚

摘要：本文主要介绍了地铁车辆辅助电源系统的基本结构、重要参数以及系统特点，并结合典型故障的具体处理实例，对故障出现原因、试验以及后续整改措施进行了重点分析，为今后故障处理制订了合理、高效的解决方案。

关键词：地铁;车辆辅助电源系统;故障处理

一、地铁车辆辅助电源系统

当前，我国城市经济得到了飞速发展，广大市民对于交通出行的要求越来越高，因此，在城市道路系统中，由于人们对地铁车辆出行的依赖，也就有了更高标准的要求，相应的车辆辅助装置因其为车辆运行提供保障而倍受关注。地铁车辆辅助电源系统的突出作用在于能够把受流装置中运行形态为直流供电完全转变为AC380V输出，满足车辆直流与交流负载的基本供电需求，如空气压缩机、蓄电池组件、空调系统、照明系统等供电，其最为重要的部件是辅助逆变器。

辅助逆变器的基本工作原理是把经由第三轨受流或者受电弓输入的750V或1500V直流电压经熔断器、接触器以及输入滤波器等器械部件直接向IGBT逆变器中进行输送，控制组件借助三相交流滤波影响的IGBT控制使得逆变器最终输出彻底转化为PWM，产生准正弦波电压，然后经由三相变压器耦合获取AC380V这一有效值[1]。当前在我国广泛使用的辅助逆变器设备配置主要有两种类型，一种是分散设置、并网供电，另外一种是集中设置、交叉供电。过去地铁较多的选择并网供电。但是随着大功率逆变获得了技术上的一次次突破，现在集中布置也得到了广泛的应用。

二、地铁车辆辅助系统典型故障处理

地铁车辆辅助电源系统在供电问题中经常出现的故障有部件损坏、接触器故障、输出失衡或缺相、辅助逆变器输入过压、元器件不导通、R相过流保护、异响、辅助逆变器输入过流、T相过流保护以及散热不良、输出欠压等。

其中较为典型的故障主要有T相过流保护、辅助逆变器输入过压、T相过流保护以及辅助逆变器输入过流四种，故障具体表现都是“辅助逆变器输入过流/过压”、“R相/T相过流保护”，造成辅助逆变器发生锁定而停止运行[2]。

本文以某城市一地铁车辆为例，其辅助电源系统参数如图1所示，对其过去出现的各种故障问题进行查询，为更详细的了解车辆的具体情况，对ERM数据所反映出来的详细情况进行分析，发现在有故障问题出现时，TC1车中配置的辅助逆变器在设备直流侧的具体输入电压高达1054V，TC2车辅助逆变器直流侧的具体输入电压高达10548V，连续输入电压达到400ms。

1.外部原因排查

输入电压波动可能是由于接触轨、无电区或者受流器有接触不良、起弧等原因造成的，因此，当辅助逆变器输入过电流的地铁车辆晚上返回仓库后，全面检查受流器后发现，集电器表面没有出现任何的电弧现象，且地铁车辆出现故障的地方与接触轨区段不一致，也就初步消除了外部原因。

2. 地铁车辆系统分析与排查

考虑到车辆本身的情况，仅有其上搭载的牵引系统在执行制动操作的情况下才会影响外部网络电压，使其电压值大度增加。故本次研究集中在所搭载牵引系统所发挥的电制动效果。结合日常发挥电制动效果的运行原理，再生制动发挥作用后，网压会明显升高[3]。当它上升到第一个阈值时，斩波器打开，此时，电阻制动作用开始发挥。在正常运行状态下，此时电压值是降低的。但是在其低到一定程度时，斩波器会直接被停掉，再生制动效果重新生。此时，如果电压还在变大，到达第二个阈值时，将完全转换为空气制动。

3. 处理措施与现场验证

通过对以上得到统计资料的系统分析可以知道，完全不存在各种外接因素与牵引系统干扰的影响，可以确定故障出现的原因在于二极管v1部件在反向截止位置产生的内部震荡引起的。

于辅助逆变器内部系统中添加脉冲控制算法，并于基础输出电压环部件中添加SPWM控制组件，利用调制输出功能形成对电流震荡的有效抑制。辅助逆变器程序更新后，为了对实际效果进行验证，在程序更新前后选择一列列车在试验线上进行试验，实时对辅助逆变器输入电压和电流进行监测。在试验线上，进行了三十多次反复的牵引和制动。在完成程序的全部更新之前，共检测到故障波形三次，波形可以反映出输入电流与电压呈现出来的波动比较大。在程序更新完毕后，辅助逆变器部件中的输出电流与电压所检测到的波形没有过于振荡。对于以上结果的分析，已经对出现故障的地铁车辆进行了整改，且后续此类故障未再出现。

结语

地铁车辆中配置的辅助逆变器负载一般情况下为感性负载，在实际运行过程中能够极大影响辅助逆变器本身，所以，该系统的稳定性仍有待提高，且冗余設计方面需要进一步优化。针对大负荷运载设备进行变频设计或者是软启动，降低产生的谐波与不利冲击。在解决地铁车辆电气系统中比较容易产生的电气故障，需要建立起系统的处理思路和方案，由浅入深，循序渐进，完成地铁车辆故障问题的分析。

参考文献：

[1]万翔.张晓梅.. 我国首台静止式地铁车辆辅助电源研制成功[J].航天技术与民品，2020，18（05）：222-223.

[2]李斌斌.张国旺.丁洁琼.李树栋. 关于某地铁车辆立扶手安装的力学分析与结构优化[J].智能制造，2020，5（03）：132.

[3]丁彬彬.曾祥金.方传明.许亮.浅析地铁车辆受电弓基础构造及维护[J].技术与市场，2019，4（49）：122-123.