广州地铁14号线列车过断轨区报牵引故障研究及改善

黄浩东 韩晓辉

摘要：针对广州地铁14号线列车在运营过程中经过断轨区牵引系统偶发逆变过流故障的问题，介绍了14号线主线的断轨区情况和牵引系统报逆变过流故障的诊断机制，分析了故障产生的原因，并提出了相应的整改方法，取得了良好效果。

关键词：断轨区;逆变过流;故障分析;解决措施

1 故障现象

2020年6月26日，14019020车在14号线主线运行时偶数单元先后出现了3次牵引设备图标变黄色（轻微故障）的情况，读取故障履历确认这3次故障信息分别为：

（1）14：13：07报14B020“DCU模块1逆变过流”、14C020车“DCU模块2逆变过流”，14：17：25司机手动复位。

（2）21：47：42报14B020“DCU模块1逆变过流”、14C020车“DCU模块1逆变过流”“DCU模块2逆变过流”，21：49：10自动复位。

（3）21：54：42报14B020“DCU模块1逆变过流”、14C020车“DCU模块1逆变过流”“DCU模块2逆变过流”，22：03：27司機手动复位。

2 故障调查

2.1    故障逻辑

根据DCU故障逻辑，当DCU模块逆变输出相电流瞬时值>1 050 A时，封锁相应模块脉冲，DCU自动延时复位;30 min内若连续出现3次及以上DCU模块逆变过流故障，则需手动复位，如表1所示。

2.2    断轨区单元车失电原理

14号线列车为B型车，采用6节车厢编组，前后3节车厢分别组成两个单元车，单元车内集电靴高压侧联通，同时分别向本单元的牵引设备供电。一列车共有12个集电靴，分两侧均衡分布，每个单元各6个集电靴，集电靴在列车上的布置如图1所示。

鉴于列车及线路上各设备限界要求，部分接触轨需分段布置，当列车行驶路径上出现连续断口时，可能造成单元车内牵引设备失电。

如图2所示，l1、l3、l5分别表示接触轨断口长度，l2、l4分别表示锚段实际长度，当集电靴C2离开Y03锚时，所在单元车全部集电靴（A2、B2和C2）均悬空，故单元车牵引设备失电，失电长度为：L=（32.58+19.98）-（l2+l3+l4）。

2.3    14号线主线断轨区情况

工作人员查阅《14号线（含支线）单元车失电区图册》，发现14号线主线有25条行车路径存在单元车牵引设备失电的情况。经过逐一核实，其中只有9条路径、涉及3个位置与常规的运营组织行车有关，如图3所示，分别为嘉禾望岗折返线进出站台、白云东平站侧股下行出站和上行进出站、太和侧股上行出站和下行进出站，其余路径为出入场线、过渡线、存车线等，常规运营组织行车暂不涉及。

通过车辆事件记录仪数据分析，如图4所示，列车全线运行单元车牵引设备输入电压只会在嘉禾望岗折返线、白云东平、太和3个站出现失电波动的情况，与断轨区位置相符。由于列车每次经过断轨区运行的工况略有差异，单元车牵引设备输入电压波动的情况也会存在一定的差异。

2.4    DCU模块逆变过流故障产生及复位情况

通过分析DCU数据核实6月26日报的3次故障，情况如下：

第一次由于列车在白云东平（下行）出站、白云东平（上行）出站、太和（上行）出站都产生DCU逆变过流，如图5所示，所以列车在14：13：07经过太和（上行）出站时牵引设备图标变黄色，需要司机手动复位。

第二次由于列车在太和（下行）出站、白云东平（下行）出站、白云东平（上行）出站都产生DCU逆变过流，如图6所示，所以列车在21：47：42经过白云东平（上行）出站时牵引设备图标变黄色，21：49：10刚好一个DCU内部30 min计时周期结束，此时DCU逆变过流次数会自动减1，所以故障自动复位。第三次，21：54：42列车经过太和（上行）出站时，又产生了DCU逆变过流，所以此时牵引设备图标又变成黄色，需要司机手动复位。

2.5    DCU模块逆变过流故障产生分析

通过对比分析列车经过断轨区的数据（表2），工作人员发现当DCU电网电压失电波动低于1 100 V时，重新进入有电区DCU会产生逆变过流情况;当DCU电网电压失电波动高于1 100 V时，重新进入有电区DCU则不会产生逆变过流情况。

DCU模块逆变出现逆变过流故障属于时代牵引设备正常特性的表现，当输入电压出现较大波动，超过DCU模块本身抗干扰的能力时，就会引起逆变器后级三相输出电流出现较大幅度的波动，波动一旦超过阈值（1 050 A）则报“逆变过流”故障。

2.6    故障调查结论

综上分析，由于14号线在太和、白云东平、嘉禾望岗3个位置的断轨区过于集中，且列车从太和下行进站断轨区再到太和上行出站断轨区的运行时间刚好为30 min，与DCU的计时周期一致，当列车经过上述线路区段时，若因断轨区导致出现3次及以上逆变过流故障时，牵引设备图标变为黄色，需要司机手动复位DCU，否则会影响列车正常运营。

3 整改方法

为解决14号线列车正线运营过程中经过断轨区牵引系统偶发逆变过流故障的问题，通过研究将从以下两个方面进行整改：

3.1    增加微制动功能

DCU通过检测输入电压的跌落速率来判断列车经过无电区，此时DCU进入微制动状态，尽可能通过微制动来维持DCU中间电压，避免在重新进入有电区后由于较大的网压突变引起逆变过流的发生，但微制动仍只能降低发生故障的频次，无法完全杜绝。

3.2    优化故障诊断逻辑

结合14号线线路特性，进一步优化DCU模块逆变过流故障的计时周期及自复位次数，避免列车刚好连续经过太和、白云东平、嘉禾望岗3个位置时多次产生逆变过流，导致牵引设备图标变为黄色，影响列车正常运营。

4 整改效果

14号线列车通过增加DCU微制动功能，并通过试验优化微制动启动条件，最终确定微制动启动条件为DCU输入电压变化率每100 ms高于85 V效果最好。目前对其跟踪情况良好，升级新版DCU软件后，列车正线运营再未出现过牵引系统偶发逆变过流故障的问题。

5 结语

14号线列车通过对DCU增加微制动功能，有效解决了在运营过程中经过断轨区牵引系统偶发逆变过流故障的问题。正线经过断轨区在三轨供电系统中较为常见，这为其他线路列车解决同类问题提供了一定的借鉴。

[参考文献]

[1] 株洲中车时代电气股份有限公司.广州地铁14&21号线DCU逻辑控制图[Z].

[2] 株洲中车时代电气股份有限公司.微制动功能说明[Z].

[3] 株洲中车时代电气股份有限公司.广州地铁14&21号线车辆牵引系统软件修改说明（逆变程序V3.5.7）[Z].

[4] 广州地铁集团有限公司.14号线（含支线）单元车失电区图册[Z].

收稿日期：2020-12-08

作者简介：黄浩东（1992—），男，广东揭阳人，城市轨道交通机车车辆助理工程师，从事车辆维修、国产化、调试等技术管理工作。

韩晓辉（1989—），男，湖南岳阳人，城市轨道交通机车车辆助理工程师，从事车辆维修、国产化、调试等技术管理工作。