地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引及輔助系統(tǒng)故障檢修

潘穎

摘 要：現(xiàn)階段，城市化進(jìn)程加快，汽車作為重要的代步工具在生活中發(fā)揮著重要的作用，從而造成城市擁堵問題的出現(xiàn)，極大的影響人們的出行效率。因此，為了解決越來越嚴(yán)重的城市交通擁堵問題，提升城市的環(huán)境質(zhì)量，不斷加大城軌交通的建設(shè)力度就顯得極為重要。其中，地鐵作為城軌交通重要的組成部分，已經(jīng)在我國各大城市中有著普遍的應(yīng)用，為了提升地鐵車輛的運(yùn)營效率，需要對地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引以及輔助系統(tǒng)故障維修方面進(jìn)行積極的研究，因此，文章將對地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引及輔助系統(tǒng)故障檢修展開論述。

關(guān)鍵詞：地鐵；電氣系統(tǒng)；牽引與輔助系統(tǒng)；故障檢修

中圖分類號：U279.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）11-0095-02

Abstract： At present， the process of urbanization is accelerating， the automobile as an important means of transportation in life plays an important role， resulting in the emergence of urban congestion， and greatly affecting people's travel efficiency. Therefore， in order to solve the problem of more and more serious urban traffic congestion and improve the environmental quality of the city， it is extremely important to continuously increase the construction of urban rail transit. Among them， subway as an important part of urban rail transit， has been widely used in major cities in China. In order to improve the operational efficiency of subway vehicles， it is necessary to do research on traction and auxiliary system fault maintenance in metro vehicle electrical system. Therefore， this paper will discuss the traction and auxiliary system fault maintenance in metro vehicle electrical system.

Keywords： subway； electrical system； traction and auxiliary system； troubleshooting

引言

隨著我國城市交通擁堵問題的逐漸加劇，為了提升人民群眾的出行效率，我國各大中型城市陸續(xù)開展了地鐵工程的建設(shè)，從而希望其可以有效緩解城市交通壓力。為了保證地鐵車輛運(yùn)營效率，避免電氣系統(tǒng)中出現(xiàn)相應(yīng)的故障，有必要對地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引及輔助系統(tǒng)故障檢修方面進(jìn)行積極的研究，對于我國軌道交通的發(fā)展有著極為重要的意義。

1 地鐵車輛中牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 地鐵車輛中牽引系統(tǒng)的特點(diǎn)

對于牽引系統(tǒng)而言，其在地鐵車輛電氣系統(tǒng)當(dāng)中主要包括以下幾方面，即：接地故障檢測系統(tǒng)、牽引逆變器模塊、線路濾波元件、高速斷路器等，下面將對此進(jìn)行詳細(xì)的說明。

1.1.1 線路濾波器

在地鐵車輛當(dāng)中，為了使電流輸入得更加平滑，避免車輛與接觸網(wǎng)之間出現(xiàn)過大的干擾，并且防止接觸網(wǎng)影響地鐵車輛其他系統(tǒng)的正常工作，需要在地鐵車輛電氣系統(tǒng)當(dāng)中加入線路濾波器來實(shí)現(xiàn)上述目的。

1.1.2 牽引機(jī)電

牽引機(jī)電采用逆變器供電方式的三相鼠籠式一部交流牽引電動機(jī)，通常采用架承式懸掛方式。

1.1.3 牽引逆變器

牽引逆變器的結(jié)構(gòu)形式主要由DUC控制板、GDU單元、逆變橋、制動斬波相、支持電容、過壓保護(hù)電阻和其他輔助元件組成。

1.1.4 高速斷路器

為了避免因?yàn)榻拥亍⒍搪返仍蚨鴮?dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)過流現(xiàn)象，可在逆變箱中加入高速斷路器來對地鐵車輛電氣系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。此外，高速斷路器的保護(hù)范圍與變電所的保護(hù)范圍具有一致性。

1.2 地鐵車輛中輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)

目前，我國地鐵車輛中的輔助系統(tǒng)主要由下列幾部分組成，即：蓄電池組、DC/DC變換器、DC/AC逆變器三部分，對于蓄電池組而言，其主要由數(shù)量不等的電池單元所組成。在地鐵車輛電氣系統(tǒng)當(dāng)中，DC/DC變換器的俗稱便是電池充電池，其作為輔助系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分，可以實(shí)現(xiàn)對地鐵車輛的直流供電任務(wù)。

在地鐵車輛當(dāng)中，DC/AC逆變器俗稱為輔助逆變器。其中，DC/AC逆變器可以從架空接觸網(wǎng)中接收電能，以便保證地鐵車輛中空調(diào)系統(tǒng)、風(fēng)扇等交流負(fù)載的供電要求。

2 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)的故障分析與檢修

2.1 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)的故障分析

在分析地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)故障過程中，可從以下幾方面進(jìn)行詳盡的分析。

2.1.1 非正常運(yùn)行狀態(tài)

對于地鐵車輛而言，當(dāng)其處于過載工作狀態(tài)下時(shí)，其運(yùn)行狀態(tài)便會進(jìn)入非正常模式。其中，上下班高峰時(shí)段、啟停過程以及進(jìn)入三軌無電區(qū)時(shí)，地鐵車輛的負(fù)載便會增加，從而會造成車輛制動過程中對電網(wǎng)電流與電壓產(chǎn)生一定程度的波動，并且牽引系統(tǒng)中的短路狀態(tài)與此時(shí)負(fù)荷狀態(tài)比較相似，從而會引發(fā)繼電器保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動作情況，對地鐵車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的破壞。

2.1.2 非金屬性短路故障

當(dāng)?shù)罔F軌道中存在雨雪覆蓋或積水淹沒等情況時(shí)，便會導(dǎo)致地鐵車輛電氣系統(tǒng)中出現(xiàn)非金屬性狀況下的短路故障。另一種在三軌供電系統(tǒng)中出現(xiàn)的非金屬短路故障為電弧短路故障，其指的是帶電體對導(dǎo)體放電而形成的短路故障，第三軌對地放電便是此類故障形式的代表。

2.1.3 金屬性故障

三軌間與鋼軌出現(xiàn)的金屬接觸，或者絕緣支座存在擊穿問題，從而造成三軌與接地扁銅之間出現(xiàn)短路的故障便是金屬性故障的基本定義。例如，為了對供電系統(tǒng)進(jìn)行檢修，通常會采用停電檢修的方式來進(jìn)行，在此過程中，如果檢修人員沒有及時(shí)將金屬工具清理，使其留置在三軌與鋼軌之間，則在重新送電過程中，三軌與鋼軌之間便會出現(xiàn)直接短路故障。

2.2 牽引系統(tǒng)的故障檢修

在檢修地鐵車輛牽引系統(tǒng)過程中，一般會通過故障仿真分析的方法來完成檢修工作。其中，牽引變電所的遠(yuǎn)端是地鐵牽引系統(tǒng)故障的多發(fā)區(qū)域，所以需要對近遠(yuǎn)端短路故障進(jìn)行必要的仿真分析，從而對短路點(diǎn)的饋線電流大小進(jìn)行計(jì)算，以便觀察故障距離與電流穩(wěn)態(tài)值的變化關(guān)系。通常來講，電流穩(wěn)態(tài)值會在接近故障位置時(shí)增大，并且上升速度會隨著離接觸網(wǎng)末端越近而變得越慢，從而有效的對直流牽引網(wǎng)電壓的突變情況進(jìn)行診斷。此外，為了對牽引變電站子模型的初始階段所存在的暫態(tài)過程進(jìn)行避開，模擬仿真分析可按下列模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，即：將一臺地鐵車輛的啟動時(shí)間設(shè)定在0.05s，并在0.11s后將遠(yuǎn)端故障模擬實(shí)驗(yàn)分別設(shè)置在2km、3km的位置，從而有效的完成對實(shí)際短路故障進(jìn)行模擬。在對直流饋線電流仿真結(jié)果進(jìn)行分析之后，便會得到有針對性的指數(shù)函數(shù)，即電流上升的速度與距離接觸網(wǎng)末端的距離越遠(yuǎn)而顯得越慢，并且電流的穩(wěn)定值也就越大。因此，在故障仿真分析的幫助下，可以清楚的了解地鐵車輛直流饋線的電流值與上升率之間的關(guān)系，從而有助于提升牽引系統(tǒng)是否存在的故障的檢測成功率。

3 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)的故障與檢修

3.1 輔助系統(tǒng)故障的主要表現(xiàn)

3.1.1 電容器故障

為了對地鐵車輛的工作電壓起到穩(wěn)定作用，通常會在逆變器內(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，所以會增加氧化膜被擊穿的概率，導(dǎo)致電容器失去作用。

3.1.2 電力半導(dǎo)體器件故障

對于逆變器而言，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，則難免會對逆變器的工作狀態(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。

3.1.3 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。

3.2 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)便會對數(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)，最后則是會在搭建完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中完成。

4 結(jié)束語

為了確保地鐵車輛可以安全、可靠的運(yùn)行，需要采取科學(xué)合理的措施來保障地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引及輔助的系統(tǒng)的工作狀態(tài)。因此，為了確保牽引及輔助系統(tǒng)的工作狀態(tài)滿足地鐵運(yùn)行狀況下的要求，有必要對其故障原因進(jìn)行細(xì)致分析，從而為檢修方案更有針對性的制定打下基礎(chǔ)，進(jìn)而在有助于提升檢修水平的同時(shí)，保障地鐵車輛的運(yùn)行安全，對于提升我國地鐵車輛的整體運(yùn)營水平有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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