地鐵車輛電氣系統(tǒng)及其故障系統(tǒng)研究

魏永青

摘 要：近年來，隨著我國地鐵車輛的日趨完善，乘坐地鐵出行已經(jīng)成為很多城市居民的首選工具。而地鐵車輛在長期的運行過程中，不可避免地會產(chǎn)生一系列的故障，其中，電氣系統(tǒng)中的故障是最常見的。為此，本文主要就地鐵車輛電氣系統(tǒng)的故障進行相關(guān)的研究，以供廣大同仁交流探討。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；電氣系統(tǒng)；故障

引 言：城市軌道交通運營是一項較為復雜的系統(tǒng)工程，其安全保障工作涉及眾多設(shè)備，而在運營過程中所出現(xiàn)的設(shè)備故障中，以電氣設(shè)備故障所引發(fā)的災害頻率更大、危害性也更高。工作人員如能有效預防或及時找到故障原因，并排除故障，最大限度地消除安全隱患，將能夠更充分滿足地鐵列車的駕駛?cè)蝿?wù)。對提高設(shè)備利用率，防止故障的發(fā)展惡化和減少經(jīng)濟損失都具有重大意義。

1 地鐵車輛故障診斷的特點

地鐵車輛屬于電力機車的一種，它擁有非常復雜的動力系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由諸多零部件組合而言。地鐵車輛的運行過程具有一定的復雜性、隨機性和動態(tài)性，幾乎所有時刻觀察所得的數(shù)據(jù)都具有不可重復性。從系統(tǒng)論的角度上講，地鐵車輛的故障診斷具有以下幾個方面的特點：

1.1 零部件多、結(jié)構(gòu)復雜，但卻具有非常明顯的層次性。地鐵車輛雖然由若干個零部件組合而成，但是仍然可將其具體分為幾大系統(tǒng)，即電氣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、空氣管路等等，這些系統(tǒng)中又包含了多個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都是由諸多零部件組成，由此形成了一個具有分層結(jié)構(gòu)的樹形網(wǎng)路結(jié)構(gòu)。

1.2 故障診斷時需要檢測的參數(shù)較多，車載檢測設(shè)備有限。由于地鐵車輛本身屬于一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)，為了能夠準確地對各個子系統(tǒng)的故障進行診斷，需要檢測大量的參數(shù)。以電氣系統(tǒng)故障診斷為例，需要檢測的參數(shù)包括各個電氣設(shè)備的高低電平信號、電氣參數(shù)信號等等。在具體診斷時，需要采集相關(guān)的信號進行分析處理，從而獲得車輛的故障信息。然而，地鐵車輛在設(shè)計時，僅僅考慮了一些常規(guī)故障的檢測，車輛上自帶的檢測設(shè)備比較有限，無法對所有故障問題進行準確有效的診斷。

1.3 車輛故障具有突發(fā)性及緩變性的特點。在對大量的地鐵車輛故障進行分析后發(fā)現(xiàn)，很多故障都存在突發(fā)性的特點，故障出現(xiàn)的比較突然，幾乎沒有任何明顯的征兆，很難進行準確的預測。同時，還有一些故障具有緩變性的特點，即故障為漸進性的，故障發(fā)生后會導致局部功能失效，此類故障一般都可以通過相關(guān)的檢測設(shè)備進行預測。

1.4 故障診斷的實時性要求較高。通常情況下，地鐵車輛的運行環(huán)境較為惡劣，這在一定程度上增大了設(shè)備故障的發(fā)生幾率，一旦運行中的車輛出現(xiàn)故障，其后果十分嚴重。為此，在車輛運行過程中需要及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，并在故障初期提醒司機采取有效的措施加以解決處理，從而使故障得以快速排除，確保車輛運行安全。

2 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中部件特點

2.1車輛概論

以某地鐵線路為例，該線路采用的是國產(chǎn)化B型車，車輛編組是三動三拖，編組為二車、三車、五車為動車（有牽引電機，可以提供動力），一車、四車、六車為拖車，沒有動力。

列車牽引系統(tǒng)和列車診斷系統(tǒng)采用的是日本三菱公司的產(chǎn)品，制動系統(tǒng)采用的是德國克諾爾公司的控制產(chǎn)品，車門采用的是北京博得公司的產(chǎn)品。

2.2受電弓

DC1500V電源是通過受電弓從架空電網(wǎng)上得到的。受電弓安裝在車頂。電流經(jīng)由受電弓端子流到車下的高速斷路器（HB）。受電弓通過壓縮空氣進行升降，由電磁閥控制。如果主風缸壓縮空氣壓力過低，升弓泵就會啟動打風，從而將受電弓升起。

2.3高速斷路器

為了使牽引系統(tǒng)與直流1500V供電電源連接或斷開，在每個動車裝有一臺高速斷路器。集成安裝在箱中的主要優(yōu)點是：可以節(jié)省車下空間用于其他設(shè)備安裝，并且使HB與外界環(huán)境隔離。高速斷路器安裝在受電弓與VVVF（牽引逆變器）之間，能高效地保護由于短路、接地等造成的過流，其保護范圍與變電所保護協(xié)調(diào)。它的限流特性和高速切斷能力能防止由于短路或過載而引起的損壞。高速斷路器HB的分斷能力是雙向的，所以它能從電網(wǎng)隔離設(shè)備也可以在再生制動過程中隔離，并且對地有很高的絕緣等級，高的分斷能力，短的響應(yīng)時間，不受氣候條件的影響，具有長使用壽命。

2.4制動系統(tǒng)

以某地鐵線路為例，該線路的制動系統(tǒng)主要組成為：空氣壓縮機、網(wǎng)關(guān)閥，智能閥等。

該線路電客車的六節(jié)編組中，每個車廂都有一個網(wǎng)關(guān)閥和一個智能閥，網(wǎng)關(guān)閥控制一位端轉(zhuǎn)向架，智能閥控制二位端轉(zhuǎn)向架，網(wǎng)關(guān)閥負責與列車總線進行通訊。

列車制動系統(tǒng)采用的是電-空混合制動，在列車高速運行中時，如果列車進站需要制動，首先動車的牽引電機將由電動機轉(zhuǎn)化為發(fā)電機，電流通過VVVF（牽引逆變器）變成1500V直流通過HB（高速斷路器）回饋架空電網(wǎng)，此時動車速度降低，但此時動車的閘瓦并沒有動作，而此時由于拖車沒有牽引電機，而列車各個車廂要保持一致的速度，列車控制系統(tǒng)會發(fā)出控制命令，拖車的閘瓦接觸踏面，降低拖車的速度，從而使列車各個車廂的速度保持一致，這樣有助于延長車廂之間連接的車鉤壽命。當列車的速度進一步下降，牽引電機的電流達不到網(wǎng)壓時，牽引電機的電流通過制動電阻變成熱量散發(fā)掉；列車速度進一步降低時，全列的閘瓦開始動作，這時列車的制動就完全變?yōu)榭諝庵苿印?/p>

當列車出現(xiàn)緊急情況時，司機控制臺上有專門的緊急制動按鈕，當司機按動緊急制動按鈕時，列車控制系統(tǒng)會直接給出空氣制動的指令，閘瓦迅速動作，從而使列車在短時間內(nèi)迅速停車。

在列車進站停穩(wěn)后，列車控制系統(tǒng)會給出保持制動的指令，從而防止電客車溜車。而當司機發(fā)車，司控器給出牽引指令后，保持制動自動緩解，無需司機進行任何操作，從而列車建立牽引，可以動車。

3 地鐵車輛電氣系統(tǒng)的故障查詢

當?shù)罔F車輛出現(xiàn)電氣故障不能工作時， 應(yīng)通過查詢司機故障報單及列車控制系統(tǒng)的故障履歷等了解車輛的各種情況。這是修理地鐵車輛中非常重要的一步，也往往是容易被修理人員忽視的一步。這也是在修理過程中經(jīng)常容易走彎路的重要原因。地鐵車輛的管理者和司機是最了解車輛狀況的人，向司機和地鐵車輛運用發(fā)生故障時的在場人員了解故障時的情況，是列車剛剛啟動時就產(chǎn)生的異常，還是運行一段時間后產(chǎn)生的異常。是明顯存在的故障現(xiàn)象，還是時有時無的故障現(xiàn)象，故障的外部表現(xiàn)，大致部位，發(fā)生故障的環(huán)境，是否靠近明火或在蒸汽等熱源，有無腐蝕性氣體侵蝕，有無漏水漏液等，這些條件均會使絕緣損壞或是導線或是零件損壞，引起故障。是否有人修理過，有無修理的原始記錄，修理的內(nèi)容是什么？最好看原始記錄，以便找到合理的途徑，也好對故障進行分割，而找到正確的產(chǎn)生故障的原因，以便采取正確的修理方案。同時，還應(yīng)了解故障前后車輛的狀態(tài)及司機做出了什么應(yīng)急處理措施，行車調(diào)度給出了什么處理意見，故障是是偶然的還是斷續(xù)發(fā)生的或直到后面發(fā)展嚴重的情況，應(yīng)及時作好記錄，這將有利現(xiàn)在和以后的檢修。

4 結(jié)語

總之，為了保證地鐵車輛電氣系統(tǒng)能夠正常運行，應(yīng)該正確認識電氣系統(tǒng)中的常見故障，并運用相應(yīng)的檢修手段準確地找出原因，然后采取相應(yīng)的措施進行處理，保證地鐵車輛整體的可靠性，使地鐵車輛能夠正常、穩(wěn)定的運行。

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