地鐵車輛電氣系統(tǒng)及其故障系統(tǒng)研究探討

林曉忠

摘要：地鐵車輛在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地會(huì)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)及其故障系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的研究，以供大家交流探討。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；電氣系統(tǒng)；故障診斷系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)作為地鐵車輛的重要組成部分，并會(huì)直接影響到該城市軌道車輛的運(yùn)行安全性以及運(yùn)行質(zhì)量，這也就要求相關(guān)的研究人員能夠進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)地鐵車輛電氣系統(tǒng)的研究力度，從而滿足我國(guó)城市軌道交通的實(shí)際需求。

一、城市軌道交通車輛的電氣系統(tǒng)組成分析

（一）牽引傳動(dòng)系統(tǒng)

城市軌道交通車輛對(duì)于自身牽引傳統(tǒng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性以及可靠性有著非常高的要求。此外軌道車輛在運(yùn)行過(guò)程中都是以固定的編組模式來(lái)進(jìn)行營(yíng)運(yùn)，其具備有兩站間距離短、?？空緮?shù)量多以及兩站之間營(yíng)運(yùn)時(shí)間較短等特點(diǎn)，這也就要求軌道車輛自身的牽引制動(dòng)系統(tǒng)能夠具備有短時(shí)過(guò)載能力強(qiáng)、斷續(xù)工作能力良好等功能。

（二）制動(dòng)控制系統(tǒng)

制動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)作為城市軌道交通車輛的核心控制技術(shù)，其主要包含了摩擦制動(dòng)、空氣制動(dòng)、電制動(dòng)以及制動(dòng)指令系統(tǒng)等多個(gè)環(huán)節(jié)。軌道車輛自身的牽引制動(dòng)能力往往會(huì)直接影響到該軌道車輛的運(yùn)行安全性以及運(yùn)輸能力，這也就需要對(duì)現(xiàn)有的牽引與制動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷的優(yōu)化與完善。此外城市軌道交通車輛在運(yùn)行過(guò)程中具備有站點(diǎn)距離短以及停車頻繁的特性，這也就要求軌道車輛必須擁有較高的制動(dòng)減速度。我國(guó)現(xiàn)階段在城市軌道車輛中所應(yīng)用到的減速控制技術(shù)多需要通過(guò)電氣系統(tǒng)才能夠完成，也就是說(shuō)該制動(dòng)系統(tǒng)必須在電氣系統(tǒng)減速指令下來(lái)進(jìn)行制動(dòng)力的增加。此外為了確保城市軌道車輛的運(yùn)行性能，也就對(duì)軌道車輛的停站方位的準(zhǔn)確性提出了更高的要求，借助于ATO系統(tǒng)后，其能夠根據(jù)停車距離的長(zhǎng)短來(lái)給予車輛電氣系統(tǒng)針對(duì)性的減速指令，并能夠使得該軌道車輛根據(jù)一定的減速指令來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力，從而保證該車輛的停車位置的準(zhǔn)確性。

（三）輔助供電系統(tǒng)

現(xiàn)階段城市軌道交通車輛中所應(yīng)用到的輔助供電系統(tǒng)其需要負(fù)責(zé)除卻牽引系統(tǒng)主電路之外的所有供電工作，比如車廂的照明、牽引、空調(diào)電源以及通信信號(hào)裝置電源等等。目前軌道車輛中所應(yīng)用的輔助供電系統(tǒng)其主要是通過(guò)直流供電系統(tǒng)以及三相交流供電系統(tǒng)兩部分所構(gòu)成中，其中直流供電系統(tǒng)主要是由充電機(jī)、整流裝置、蓄電池和直流用電設(shè)備幾部分來(lái)構(gòu)成。該系統(tǒng)主要運(yùn)用充電機(jī)與蓄電池來(lái)進(jìn)行電能的供給，來(lái)保證其它電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而三相交流供電系統(tǒng)則主要為協(xié)助變流器、電熱器和三相輔助設(shè)備電機(jī)等交流負(fù)載設(shè)備所構(gòu)成。

二、地鐵車輛電氣系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

電氣系統(tǒng)是地鐵車輛中最為重要的子系統(tǒng)之一，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的故障診斷尤為重要。鑒于此，本文結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的信息技術(shù)，提出一種地鐵車輛電氣系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)。下面對(duì)此展開詳細(xì)論述。

（一）故障診斷專家系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的最終目的是為了進(jìn)一步提高地鐵車輛的運(yùn)行安全性，當(dāng)車輛的電氣系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障問題時(shí)，該系統(tǒng)可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確診斷。為使地鐵車輛維修中心能夠在車輛出現(xiàn)故障時(shí)獲取診斷信息，決定采用目前較為流行的分層式結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，整個(gè)體系結(jié)構(gòu)共分為四層，即車載設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、維修中心層以及監(jiān)控中心層。該系統(tǒng)由以下三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：

1.車載級(jí)。該子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各個(gè)車廂所要監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能控制及故障報(bào)警等任務(wù)，由設(shè)置在車廂內(nèi)的設(shè)備控制器及監(jiān)控程序完成相關(guān)設(shè)備信息的采集，然后借助車輛總線以列車總線進(jìn)行信息傳輸。

2.車輛段。該子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)本車輛段內(nèi)的維修車輛上的關(guān)鍵性設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷以及維修等任務(wù)。它利用無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)相連接，在此基礎(chǔ)上將車輛的實(shí)時(shí)故障信息傳送給車輛段進(jìn)行診斷。

3.監(jiān)控中心級(jí)。該子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)備的集成，可對(duì)全局車輛進(jìn)行故障診斷，并分析引起故障問題的原因，為故障處理提供決策支持。

（二）系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

1.車載級(jí)子系統(tǒng)功能。故障診斷系統(tǒng)所針對(duì)的主要對(duì)象為地鐵車輛，所有的故障診斷信息全部都是從車輛中獲得。為此，車載級(jí)子系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備如下功能：故障信息采集、傳輸、預(yù)處理、簡(jiǎn)單診斷以及應(yīng)急對(duì)策等等。

（1）設(shè)備監(jiān)測(cè)功能。在對(duì)地鐵車輛基本信息了解的基礎(chǔ)上，對(duì)其關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要包括以下內(nèi)容：制動(dòng)系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)以及信號(hào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息和幅值監(jiān)測(cè)等等。（2）故障報(bào)警功能。由于地鐵車輛上的設(shè)備種類較多，從而使得故障報(bào)警類型也相對(duì)比較繁多。車載級(jí)子系統(tǒng)可以支持各種類型的報(bào)警，如偏差報(bào)警、限制報(bào)警、控制失效報(bào)警等等，同時(shí)，對(duì)每種報(bào)警均可自定義條件與級(jí)別，若是在同一時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)若干個(gè)報(bào)警信息時(shí)，系統(tǒng)則可根據(jù)報(bào)警的緊急程度選擇優(yōu)先處理。（3）其它功能。實(shí)時(shí)故障診斷與故障識(shí)別、故障數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存取、故障應(yīng)急預(yù)案管理、故障信息遠(yuǎn)程發(fā)送、維修申請(qǐng)、司機(jī)命令接收、關(guān)鍵設(shè)備定期報(bào)表等等。

2.車輛段子系統(tǒng)功能。在地鐵線路中，車輛段時(shí)地鐵列車維護(hù)維修的主要場(chǎng)所，擁有功能強(qiáng)大的故障診斷系統(tǒng)能夠提高維修技術(shù)人員的工作效率，有利于降低維修成本。該子系統(tǒng)具備如下功能：遠(yuǎn)程故障信息接收與診斷、故障仿真推演、專家知識(shí)庫(kù)管維、故障集管理、故障統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表等等。

3.監(jiān)控中心子系統(tǒng)功能。目前，國(guó)內(nèi)各大城市的軌道交通系統(tǒng)采用的一般都是“兩調(diào)三控”模式，其中兩調(diào)具體是指中心級(jí)調(diào)度和車站級(jí)調(diào)度，而三控則是指中心、車站以及就地三級(jí)控制。該子系統(tǒng)的主要功能如下：運(yùn)營(yíng)車輛故障數(shù)據(jù)信息遠(yuǎn)程接收與發(fā)送、區(qū)域級(jí)車輛故障診斷等等。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，地鐵車輛電氣系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)，自投入運(yùn)行后，地鐵車輛的故障率顯著降低，確保了線路的正常運(yùn)營(yíng)，不但降低了維護(hù)維修成本，而且還提高了車輛的運(yùn)行安全性。

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