地铁牵引系统控制比选解析

陈文逸

摘要：本文主要分析了地铁牵引系统控制方法，其次阐述牵引系统的比较与实际选择，通过比选分析以期进一步提高地铁牵引系统运行控制的可靠性。

关键词：地铁牵引系统;控制方法;车控;架控

1研究地铁牵引系统的控制方法

现阶段，地铁车辆牵引系统控制多采用三种型式，即车控、架控和轴控。具体选择，应结合地铁车辆的项目编组情况、技术性能、造价成本以及线路条件等因素确定，以提高系统运行控制的可靠性。通常情况下，由于地铁车辆每辆动车装设有2台转向架，因此，转向架要配置2根动轴，动轴要配置1台牵引电机。当每辆车的2台动力转向架与4台电机均为牵引逆变器负责控制，即牵引系统车控方式。当牵引逆变器控制对象为：1台动力转向架的2台电机，即为架控方式。当牵引逆变器控制对象为1根动轴的1台电机，即为轴孔方式。对于牵引逆变器来说，采用车控方式每辆动车只需布置1台逆变器。架控，逆变器可由两种方式配置，其一，1个较大逆变器箱中2个较小的逆变器以集成状态模块控制。每个模块控制对象为：1台转向架2台电机。此型式运行使用的优势体现在：集成度高且质量较轻。其二，每辆车设有2台独立运行的牵引逆变器箱，以分别状态对每台转向架的电机进行控制。轴孔，因受车辆底部空间影响，多设置有2个逆变器箱，每箱设置2个逆变器模块。

由于不同型式的地铁牵引系统控制效果不同，相关建设者应结合地铁实际需求进行选用。以下内容为地铁牵引系统的控制比选分析，以期为业内建设人员提供一些理论依据。

2关于地铁牵引系统的控制比较

以地铁车辆故障运行能力与冗余性因素为例，来对比牵引系统控制方法。（1）车控方式，因部件故障而对整车故障造成影响的概率较低，所以，每节动车设置有1台牵引逆变器。但是当逆变器发生故障后，所处车厢就会失去全部动力。如列车动拖比为1：1，就会导致动车数量与拖车数量比低于1：1。此时，列车处在故障条件下运行能力不高。（2）架控方式，由于与车控方式相比增设了1台逆变器，车辆故障点增加，因此，受部件故障导致整车发生故障的概率较大。当1台逆变器发生运行故障，所处车厢会失去50%的动力，在故障运行能力上比车控方式好。（3）轴孔方式，与车控方式相比增设了3台逆变器，存在车辆故障点增加問题。但是当1台逆变器发生运行故障，所处车厢只失去了25%动力，不会对处在故障条件下的列车牵引能力造成很大的影响[1]。由此可见，当车辆处于故障运行条件下，车控方式的故障运行能力不高;轴孔方式的故障点增加，但运行能力好，冗余性高。

在车下设备布置因素下，车控方式因仅设置1台牵引逆变器，具有设备少，底架设备操作空间充足以及布置合理性高等特点。而架控与轴孔，因使用设备较多，且尺寸大，车下设备空间受限程度较高。如表1所示，为3种牵引控制方式下车下主要设备的配置情况。

表1动车车下主要设备配置情况

项目 车控 架控 轴控 质量（kg） 长×宽×高（mm）

牵引逆变器 1 2 4 990（车控） 2250×1800×520

720（架控） 1964×1650×573

制动电阻 1 2 4 560（车控） 2013×942×665

430（架控） 2400×1750×680

从表中可以看出，同一动车环境下，与车控相比，架控的车辆牵引逆变器与制动电阻在行驶方向上应增加2m左右。而轴孔，车下设备较多，需要移动至其他位置才可满足空气使用要求。

扩编因素，以某项目车辆初期编组为4节，后期需扩编至6节。初期牵引采用架控，如新增牵引系统也用架控，就会导致动力配置存在过分冗余问题，无法将列车配置性能充分发挥出来。此外，除了牵引系统控制复杂难度增加，扩编还涉及门系统、PIS系统以及诸多更改软件等方面。如考虑后期扩编，可通过重联来进行调整。如增购为6节编组列车，其牵引系统可采用车控方式。

基于制动系统配合因素上，因当前地铁车辆采用电空联合制动，所以，牵引系统控制方法也与制动力分配、制动系统配置有关。如，当牵引为架控，制动为车控时，会在1个转向架电制动力失效情况下，增加空气制动，以避免因制动力叠加过大而导致车轮出现抱死问题。特殊情况下，需要对故障车另1台转向架电制动力进行切除，这就导致电制动力出现浪费问题，同时还增加了机械制动的磨耗。故，此配置方式很少采用。而牵引车控，制动车控，单节逆变器故障由空气制动负责全部制动力，不会出现叠加问题。

3地铁牵引系统的选择

从上述地铁牵引系统比较分析中可以看出，系统选择与动拖比与列车编组密切相关。目前，国内地铁车辆多采用3、4、6、8节编组形式，而国外投标项目列车多为3辆编组铰接式车辆。基于国外投标项目列车每辆车由2个铰接单元组成，每辆车设置3台非动力转向架，其他为动力转向架的情况。相关建设者综合以下条件进行比选：

因列车动拖比为2：1，动力配置冗余性高，能够根据线路黏着将列车牵引性能发挥出来。采用架控就可满足不同工况对黏着需求。

轴控，配置存在过分冗余问题，无法充分发挥设备性能，导致故障点增加与电能浪费。再加上，铰接车的中心距较短，车下设备布置空间首先，增加了列车中心与轴重分配调整难度。

架控，将每辆车配置的牵引箱从2个调至1个，同时减少制动电阻与高压箱等设备。在降低采购成本的同时，还降低了车辆运营能耗所产生的成本。

因而，采用架控配置方案更为合理，满足用户需求。

值得注意的是，在国内，8节编组列车多采用6动2拖编组方式，因此，车控就可满足运行使用要求。而少数列车采用5节编组，动拖比为3动2拖。此时，选择车控与架控均可满足要求。对于线路条件不好，如长大坡道等情况，则应优先选择架控方式[2]。

4结语：

综上所述，地铁牵引系统控制方法的选择控制，应结合车辆故障运行能力与冗余性、车下设备布置、扩编以及制动系统配合因素，来提高配置方案运用的科学合理性。如此，在不同工况下，牵引系统的控制效果就不会受到很大影响，且保证列车运行的安全稳定性。

参考文献：

[1]刁满佳，杨丹枫，金文涛.广州地铁L型车牵引系统功率单元架大修维修模式[J].城市轨道交通研究，2021，24（08）：223-225+229.

[2]曹斌.地铁车辆牵引制动指令同时激活故障研究[J].轨道交通装备与技术，2021（03）：42-44.