簡述南京地鐵三號(hào)線牽引系統(tǒng)及故障分析

谷圣仁

（南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司,南京 210012）

簡述南京地鐵三號(hào)線牽引系統(tǒng)及故障分析

谷圣仁

（南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司,南京 210012）

摘要：南京地鐵三號(hào)線連接著浦口、江寧、市中心等重要片區(qū)，是南京市最為重要的地鐵路線。地鐵檢修及調(diào)試工作是地鐵安全運(yùn)營的重要保障，而牽引系統(tǒng)是地鐵檢修工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文結(jié)合作者工作的實(shí)際案例進(jìn)一步淺析了南京地鐵三號(hào)線牽引系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)故障分析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：南京地鐵；三號(hào)線；牽引系統(tǒng)；故障分析

1　南京地鐵三號(hào)線牽引系統(tǒng)概述

相對(duì)于南京地鐵一二號(hào)線的牽引系統(tǒng)采用的是阿爾斯通公司提供的相關(guān)產(chǎn)品而言，南京地鐵三號(hào)線牽引系統(tǒng)是由龐巴迪運(yùn)輸公司提供的基于世界領(lǐng)先的尖端MITRAC逆變器系列，采用目前非常成熟可靠的微處理器驅(qū)動(dòng)控制單元MITRAC CC DCU2。目前龐巴迪運(yùn)輸公司已在全球范圍銷售超過10,000個(gè)IGBT逆變器，帶有散熱片的IGBT功率半導(dǎo)體，綜合控制單元的門極驅(qū)動(dòng)單元以及DC-link電容均經(jīng)過預(yù)裝配和預(yù)測試，可隨時(shí)用于使用。此系統(tǒng)的優(yōu)勢包括以下幾點(diǎn)：

模塊化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。得到實(shí)踐驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品、低成本、重量輕的優(yōu)勢與便于為用戶定制的優(yōu)勢結(jié)合起來；完整的系統(tǒng)仿真和工廠測試系統(tǒng)，縮短了調(diào)試時(shí)間并提高了可靠性；使用緊湊設(shè)計(jì)而帶來的高的功率密度，為其它重要設(shè)備節(jié)省了空間；由于廣泛的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)而取得了豐富的處理電磁干擾的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并且使用了成熟的仿真工具，降低了整體風(fēng)險(xiǎn)。

2　南京地鐵三號(hào)線牽引系統(tǒng)主要設(shè)備

2.1受電弓

在“B”車車頂安裝受電弓，一個(gè)受電弓給本單元的兩輛動(dòng)車的牽引設(shè)備和整列車的輔助逆變器供電。

升弓和落弓采用司機(jī)室的開關(guān)控制；單個(gè)受電弓的狀態(tài)能在DDU上顯示；可通過手搖升弓裝置實(shí)現(xiàn)緊急升弓（在控制電壓過低的情況下）；標(biāo)準(zhǔn)靜接觸壓力120N，并在100～140N范圍內(nèi)可調(diào)；設(shè)有垂向止擋以防止受電弓在無觸網(wǎng)區(qū)段上的垂向運(yùn)動(dòng)；升弓時(shí)不會(huì)對(duì)觸網(wǎng)有嚴(yán)重沖擊，落弓時(shí)不會(huì)對(duì)底架有嚴(yán)重沖擊。

2.2避雷器

車頂每個(gè)受電弓附近安裝避雷器，避雷器將能有效防止來自車輛外部的過電壓（如雷擊等）和車輛內(nèi)部的操作過電壓對(duì)車輛電氣設(shè)備絕緣的破壞。

2.3高壓熔斷器箱

主熔斷器為列車提供短路或嚴(yán)重過載保護(hù)。

2.4制動(dòng)電阻

將接觸網(wǎng)無法吸收的再生能源轉(zhuǎn)化成熱量消耗掉。制動(dòng)電阻溫度在牽引系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制單元（DCU/M）軟件中通過制動(dòng)電阻斬波器消耗功率計(jì)算得到，一旦制動(dòng)電阻溫度高，制動(dòng)力矩將受到限制；當(dāng)制動(dòng)電阻溫度超過了最大值，牽引逆變器將被封鎖。采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，進(jìn)風(fēng)口設(shè)網(wǎng)罩，以防止線路旁的落葉或塑料袋等雜物吸入。

2.5牽引電機(jī)

本電機(jī)是一個(gè)三相鼠籠異步電機(jī)，它在牽引模式下將電力轉(zhuǎn)變成機(jī)械能且在制動(dòng)時(shí)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。采用全懸掛，有防脫落裝置，電動(dòng)機(jī)采用自然通風(fēng)冷卻方式，進(jìn)風(fēng)口安裝金屬防護(hù)網(wǎng)。 所有牽引電機(jī)，在它們的外形尺寸、安裝尺寸和電氣性能方面，均能在所有動(dòng)車的轉(zhuǎn)向架各個(gè)輪軸之間完全互換。所有需要周期性更換的部件，也必須是完全可以互換的。在維修電機(jī)時(shí)，僅更換定子或轉(zhuǎn)子，仍然能保證電機(jī)特性的一致性。

2.6高速斷路器

每個(gè)單元的兩個(gè)高速斷路器HSCB都設(shè)在本單元PH箱內(nèi)部，它給車上牽引功率電路提供過流和短路保護(hù)。如果故障發(fā)生了，高速斷路器會(huì)迅速的將牽引設(shè)備從供電系統(tǒng)中隔離出來。

2.7牽引逆變器

主要由輸入濾波器、制動(dòng)斬波器和牽引逆變模塊組成。

牽引逆變模塊（MCM）產(chǎn)生一個(gè)可變頻變幅的三相電壓以驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)。當(dāng)切換到制動(dòng)模式時(shí)電能方向反轉(zhuǎn)，牽引電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)作。此時(shí)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，通常被送回電網(wǎng)驅(qū)動(dòng)其他列車或者消耗在制動(dòng)電阻中。

線路濾波器降低了電路中的瞬態(tài)電壓以及諧波，并穩(wěn)定了逆變器的直流網(wǎng)壓輸入。每個(gè)線路濾波器包含一個(gè)線路電抗器以及一個(gè)分別置于牽引逆變器或輔助逆變器內(nèi)的輸入濾波電容器。

制動(dòng)斬波器的作用是過壓控制和保護(hù)。當(dāng)直流線電壓上升到一定水平時(shí)，制動(dòng)斬波器的IGBT被觸發(fā)，并將能量傳輸?shù)街苿?dòng)電阻上。當(dāng)電壓回降到允許水平以后，制動(dòng)斬波器即關(guān)閉。在關(guān)閉逆變器時(shí)，該斬波器還用來對(duì)直流環(huán)節(jié)進(jìn)行放電。

每輛動(dòng)車配備一臺(tái)VVVF牽引逆變模塊（MCM），一臺(tái)牽引逆變器為四臺(tái)并聯(lián)的交流異步牽引電機(jī)供電。

3　牽引系統(tǒng)故障分析

南京三號(hào)線車輛在調(diào)試過程中多次出現(xiàn)牽引逆變器關(guān)閉故障，下載車輛故障事件記錄為充電接觸器未按命令打開故障，分析故障原因?yàn)槌潆娊佑|器收到打開命令后，輔助觸點(diǎn)微動(dòng)開關(guān)未隨主觸點(diǎn)一起打開，造成錯(cuò)誤信號(hào)反饋回驅(qū)動(dòng)控制單元DCU，引起DCU關(guān)閉牽引逆變器。

充電接觸器

充電接觸器廠家分析由于廠家充電接觸器磨具的長期使用，引起輔助觸點(diǎn)微動(dòng)開關(guān)安裝位置出現(xiàn)偏差，輔助觸點(diǎn)微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作行程偏小，造成主觸點(diǎn)打開時(shí)，輔助觸點(diǎn)微動(dòng)開關(guān)無法正常打開的故障。

故障發(fā)生后，廠家針對(duì)故障產(chǎn)生原因提出了對(duì)應(yīng)的整改方案：將微動(dòng)開動(dòng)位置從右側(cè)移到左側(cè)（因底座是鑄造件，由于拔模需要，左側(cè)比右側(cè)深一點(diǎn)，可以增加微動(dòng)開關(guān)的行程），同時(shí)，增大微動(dòng)開關(guān)固定軸孔的大小，墊片的軸心往外移，增大微動(dòng)開關(guān)的行程。通過上述兩種改動(dòng)，保證微動(dòng)開關(guān)行程有足夠的余量。同時(shí)，廠家對(duì)故障件按照上述整改方案進(jìn)行30000此全壽命試驗(yàn)，全部通過。目前，南京三號(hào)線已按照上述整改方案進(jìn)行整改。