地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制及輔助系統(tǒng)的故障檢修

彭勇頑

摘 要：隨著地鐵線路的不斷擴(kuò)增，對(duì)城市交通及經(jīng)濟(jì)作出了巨大貢獻(xiàn)，緩解了地面交通的壓力，激活城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展活力。地鐵車輛電氣控制作為整個(gè)地鐵牽引系統(tǒng)的核心，對(duì)電氣控制技術(shù)的發(fā)展直接影響著地鐵牽引系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。在地鐵的運(yùn)行過程中，其電氣系統(tǒng)對(duì)整個(gè)運(yùn)行線路的安全及效率起到直接影響，因此，只有確保地鐵車輛牽引系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，才能夠使地鐵安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。本文主要對(duì)地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)中的電氣控制及輔助系統(tǒng)故障檢修進(jìn)行簡要探討，供同行借鑒參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；電氣牽引系統(tǒng)；電氣控制；故障與檢修

1.地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的構(gòu)成

地鐵車輛的牽引系統(tǒng)主要由避雷器（LP）、制動(dòng)電阻（BR）、牽引逆變器（VVVF）、含HSCB的高壓箱（HV）、牽引電動(dòng)機(jī)（MOTOR）及受電弓（PAN）等部件組成，其中高壓箱主要是由高速斷路器、充電設(shè)備及其主隔離開關(guān)組成。一般地鐵車輛上都配有兩個(gè)受電弓，之所以要配備兩個(gè)受電弓，就是為了防止地鐵在運(yùn)行的過程中一個(gè)受電弓出現(xiàn)故障，另一臺(tái)受電弓依然能夠正常的運(yùn)行，以提供車輛正常運(yùn)行需要的高電壓。在地鐵車輛的牽引控制系統(tǒng)內(nèi)，還配備有牽引逆變器，與牽引逆變器相連的一端有相應(yīng)的支撐電容，通過這樣的一個(gè)支撐電容，能夠有效地保障逆變器輸出電壓的穩(wěn)定程度，同時(shí)在地鐵的運(yùn)行過程中也能夠起到一個(gè)能量緩沖的作用。除此之外，在地鐵車輛牽引系統(tǒng)中，還有著濾波電抗器，它與電容能夠共同構(gòu)成一個(gè)維持電壓穩(wěn)定的裝置，進(jìn)而使逆變器能夠穩(wěn)定的工作。

2.地鐵運(yùn)行過程中的安全保障

對(duì)地鐵車輛的牽引是通過一系列的設(shè)備和電路來完成的，系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開這些設(shè)備和電路的正常運(yùn)行，在這么多的設(shè)備和電路之中，制動(dòng)設(shè)備對(duì)列車減速和停車是必不可少的，列車每當(dāng)需要減速或者靠站時(shí)，都需要通過制動(dòng)設(shè)備來對(duì)其進(jìn)行減速，所以制動(dòng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)保障車輛的安全運(yùn)行以及市民乘坐車輛的舒適程度有著至關(guān)重要的作用。一般情況下，在城市軌道交通的運(yùn)行過程中，制動(dòng)設(shè)備都是采用電制動(dòng)的方式，具體的形式包括再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)，同時(shí)還可以用機(jī)械制動(dòng)來輔助，只要能夠?qū)Φ罔F車輛進(jìn)行一個(gè)全方位的制動(dòng)保障。通過對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的有效使用，對(duì)列車運(yùn)行的速度進(jìn)行合理的控制，對(duì)列車的制動(dòng)力進(jìn)行一個(gè)完整的調(diào)整，進(jìn)而使車輛在運(yùn)行的過程中能夠安全穩(wěn)定的停靠，還大大減少了列車停止時(shí)的噪音。機(jī)械制動(dòng)的方式主要采用壓縮空氣作為動(dòng)力來進(jìn)行制動(dòng)，而再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)都是通過鐵路制動(dòng)電磁鐵及軌道電磁制動(dòng)器，在制動(dòng)的過程中，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化到電網(wǎng)之中，從而提供給其他車輛制動(dòng)用的電能，從而完成車輛的制動(dòng)。

3.地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制

3.1地鐵車輛牽引系統(tǒng)的交流電傳動(dòng)控制

在地鐵車輛的牽引技術(shù)之中，牽引變流技術(shù)是一種非常重要的技術(shù)，是所有地鐵車輛中都必須采用的一種技術(shù)。牽引變流技術(shù)是以功率較大的半導(dǎo)體器件作為基礎(chǔ)，除了牽引變流技術(shù)之外，常用的牽引技術(shù)還有疊壓低感母排技術(shù)、光纖傳輸與隔離技術(shù)以及冷卻技術(shù)等等。通過對(duì)這些技術(shù)的有效運(yùn)用，能夠更加有效地保障地鐵車輛在運(yùn)行過程中牽引力的持續(xù)提供，同時(shí)又能夠完成直流能量的有效轉(zhuǎn)換。在運(yùn)行的過程中，通過將水作為轉(zhuǎn)變的媒介，然后再通過自然管和風(fēng)冷卻技術(shù)，使得整個(gè)牽引過程中變得更加高效便捷，也使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷有一個(gè)很大的提高。

除了地鐵運(yùn)行過程中牽引變流技術(shù)之外，交流傳動(dòng)技術(shù)也為地鐵車輛電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了更加有效地保障。什么是交流傳動(dòng)控制技術(shù)呢？實(shí)際上就是基于逆變器的一種集合技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流交互影響的控制，因?yàn)樵诘罔F運(yùn)行的過程中，很多線路的運(yùn)行還存在著很大的問題，通過對(duì)這種技術(shù)的有效運(yùn)用，能夠使地鐵運(yùn)行過程中存在的問題得到有效的解決。

3.2牽引控制

在地鐵車輛的實(shí)際運(yùn)行過程中，控制器和制動(dòng)裝置往往會(huì)對(duì)牽引逆變器發(fā)出一定的指令，牽引逆變器通過接受這些指令做出一定的判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵車輛的牽引控制。但是在地鐵車輛的運(yùn)行過程中，對(duì)車速的控制因素往往是多方面的，如果說車輛的速度超出了一定的范圍，即使司機(jī)控制器沒有發(fā)出相應(yīng)的指令，列車運(yùn)行的速度也會(huì)受著其他系統(tǒng)的調(diào)整，并且對(duì)牽引力的輸出做出封鎖。只有當(dāng)車輛的運(yùn)行速度恢復(fù)到正常的車速范圍之內(nèi)，封鎖才會(huì)解除。當(dāng)車輛在運(yùn)行過程中遇到坡道時(shí)，往往會(huì)提高加速的功能，使得車輛獲得相應(yīng)的加速度，保證車輛的正常運(yùn)行。

4.地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)的故障與檢修

4.1 輔助系統(tǒng)故障的主要表現(xiàn)

4.1.1 電容器故障

為了對(duì)地鐵車輛的工作電壓起到穩(wěn)定作用，通常會(huì)在逆變器內(nèi)部設(shè)置鋁電解電容器。其中，氧化膜容易在電容運(yùn)行過程中出現(xiàn)損壞，盡管氧化膜可以自我修復(fù)，但是損壞速度遠(yuǎn)大于恢復(fù)速度，所以會(huì)增加氧化膜被擊穿的概率，導(dǎo)致電容器失去作用。

4.1.2 電力半導(dǎo)體器件故障

對(duì)于逆變器而言，其通常在具有強(qiáng)烈的電浪涌環(huán)境下進(jìn)行工作，而一旦電力半導(dǎo)體器件出現(xiàn)失效，則難免會(huì)對(duì)逆變器的工作狀態(tài)造成影響，甚至導(dǎo)致其出現(xiàn)失效情況。此外，電力半導(dǎo)體器件的保護(hù)在設(shè)計(jì)過程中通常不被重點(diǎn)關(guān)注，所以增加了電力半導(dǎo)體器件出現(xiàn)失效問題的概率。

4.1.3 弱電半導(dǎo)體器件故障

逆變器的工作狀態(tài)與其內(nèi)部的弱電半導(dǎo)體單元有著直接聯(lián)系，如果其中一個(gè)弱電半導(dǎo)體單元出現(xiàn)問題，則會(huì)影響逆變器的整體功能。其中，內(nèi)部因素與外部因素是導(dǎo)致逆變器出現(xiàn)問題的主要原因。內(nèi)部因素指的是逆變器的固有特性出現(xiàn)的變化，而外部因素則是由于外部因素的影響而形成的故障，主要包括溫度失效、機(jī)械過應(yīng)力失效、靜電損傷失效、過電應(yīng)力失效、濕度失效等。

4.2 輔助系統(tǒng)的故障檢修

在現(xiàn)階段，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法可以對(duì)輔助系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行有效的判斷，具體實(shí)施過程如下所述：首先是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建，詳盡的采集地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)的各類信息樣本，隨后將采集到的信息輸送至沒有經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，此時(shí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)便會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)樣本信息進(jìn)行必要的ANN訓(xùn)練，并且在訓(xùn)練過程中可以指定出更為科學(xué)合理的解決方案，以便更有效的獲得有關(guān)的診斷網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí)，診斷的作用可以為故障檢修的順利的開展提供重要的參考的作用。其次是完成網(wǎng)絡(luò)診斷，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)診斷來講，其主要是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算過程進(jìn)行充分的體現(xiàn)，并且系統(tǒng)完成相應(yīng)的診斷過程需要根據(jù)診斷網(wǎng)絡(luò)的輸入方可進(jìn)行，同時(shí)會(huì)根據(jù)故障的特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先的處理和提取，隨后將會(huì)有效的處理輔助系統(tǒng)的信息樣本和故障數(shù)據(jù)，最后則是會(huì)在搭建完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中完成。

5.結(jié)語

要想讓整個(gè)地鐵系統(tǒng)做到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，電氣牽引系統(tǒng)是重中之重，因?yàn)樗诘罔F車輛的運(yùn)行過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過對(duì)該系統(tǒng)的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵整個(gè)牽引力的控制，對(duì)維持地鐵的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。

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（作者單位：深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部）