地鐵車輛牽引與輔助系統(tǒng)的故障處理與預(yù)防分析

蔣曉彬

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展人們的出行方式也在不斷地變化。對(duì)于北京、深圳和上海等一系列一線城市而言，地鐵成為了人們主要的交通方式。又因?yàn)榈罔F自身方便和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)所以受到了廣大年輕人的歡迎。但是多數(shù)地鐵在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中容易出現(xiàn)各種不同類型的電氣故障，為此本文主要就地鐵車輛電氣系統(tǒng)中的牽引和輔助系統(tǒng)電氣故障進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛電氣系統(tǒng);牽引輔助系統(tǒng);故障預(yù)防

中圖分類號(hào)：U231.94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展勢(shì)必會(huì)造成更大的運(yùn)輸壓力，因此需要想盡一切辦法來(lái)緩解城市交通擁堵產(chǎn)生的壓力。地鐵作為修建在城市地下的重要交通運(yùn)輸系統(tǒng)，勢(shì)必會(huì)在緩解城市交通中起到非常重要的作用。目前，我國(guó)多數(shù)地鐵車輛在運(yùn)行時(shí)牽引和輔助系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，輕則影響地鐵的運(yùn)行舒適度，嚴(yán)重故障時(shí)直接導(dǎo)致地鐵車輛的清客下線，影響乘客出行計(jì)劃。所以強(qiáng)化對(duì)車輛牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的檢修成了越來(lái)越重要的工作。

1 地鐵車輛牽引和輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 地鐵車輛牽引系統(tǒng)的特點(diǎn)

車輛牽引和輔助系統(tǒng)均是以逆變器為核心，逆變器核心部件IGBT模塊高速導(dǎo)通和關(guān)端將直流高壓電變頻變壓，輸出動(dòng)力電和輔助電。因此兩系統(tǒng)具備相似性，一般地鐵車輛這兩套系統(tǒng)均為同一品牌產(chǎn)品。

牽引系統(tǒng)主要由如下幾個(gè)部分組成：高速斷路器、濾波電抗器、直流環(huán)節(jié)電路、牽引逆變器。其工作原理是：第一，高速斷路器得到指令完成閉合動(dòng)作將接觸網(wǎng)網(wǎng)壓引入牽引系統(tǒng)，嚴(yán)重故障時(shí)高速斷路器直接切斷逆變電路，避免接地、過(guò)流等嚴(yán)重故障損壞元器件。第二，濾波電抗器對(duì)直流網(wǎng)壓進(jìn)行過(guò)濾，保證電流輸入的順暢性，有效地避免網(wǎng)壓尖峰對(duì)逆變器模塊造成沖擊傷害。第三，牽引逆變器變換成頻率、電壓均可調(diào)的三相交流電，借助低速傳感矢量又可以在較短的時(shí)間內(nèi)控制交流牽引電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)矩，以求更好地控制滑行的過(guò)程[1]。第四，電阻制動(dòng)斬波單元與逆變模塊單元集成在一起，實(shí)現(xiàn)牽引—制動(dòng)的無(wú)接點(diǎn)轉(zhuǎn)換。

1.2 地鐵車輛輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)

輔助系統(tǒng)主要由直流環(huán)節(jié)電路、逆變器模塊、三相變壓器、橋式整流電路、充電機(jī)模塊組成。其工作原理是：第一，接觸網(wǎng)壓經(jīng)直流環(huán)節(jié)電路確認(rèn)后，進(jìn)入逆變器完成一級(jí)變壓，再經(jīng)三相變壓器二次變壓得到220 V的工業(yè)三相電，供給列車中壓負(fù)載。第二，三相電經(jīng)橋式整流電路變換為直流電，充電機(jī)對(duì)其進(jìn)行升壓斬波，得到110 V直流電為蓄電池組和列車低壓負(fù)載供電。第三，充電機(jī)模塊搭載一個(gè)緊急逆變電源盒，能夠在短時(shí)間內(nèi)將接觸網(wǎng)網(wǎng)壓降級(jí)到110 V，以應(yīng)對(duì)車輛蓄電池饋電無(wú)法激活列車的情況。

2 牽引輔助系統(tǒng)的常見故障

2.1 牽引系統(tǒng)的故障

目前眾多牽引系統(tǒng)主要有如下幾點(diǎn)故障：第一，在地鐵車輛剛啟動(dòng)或者超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)實(shí)際很容易出現(xiàn)過(guò)載的現(xiàn)象，這其實(shí)是地鐵運(yùn)行中常見的異?，F(xiàn)象，更會(huì)為地鐵的運(yùn)行埋下隱患。如果地鐵長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行必然會(huì)加重牽引系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，元器件加速老化直至失效。第二，多數(shù)地鐵牽引系統(tǒng)內(nèi)部非常容易出現(xiàn)不同類型的短路故障，一方面是因?yàn)椴糠帚~排和螺栓連接存在尖銳凸起與高壓箱壁過(guò)近，在運(yùn)行中偶然觸發(fā)尖端放電，造成高壓短路，另外一方面則是由于檢修或改造時(shí)接錯(cuò)線路或遺留導(dǎo)電工具在箱內(nèi)，高壓電氣部分和接地系統(tǒng)發(fā)生直接接觸，導(dǎo)致牽引系統(tǒng)短路。金屬類短路故障實(shí)際非常常見。第三，牽引系統(tǒng)線網(wǎng)電壓、輸出電壓、輸出電流、溫度、電機(jī)速度傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，牽引控制單元會(huì)對(duì)單節(jié)車動(dòng)力進(jìn)行有條件封鎖，當(dāng)超過(guò)兩節(jié)車牽引逆變器均被封鎖時(shí)，整車動(dòng)力會(huì)下降。例如，電壓傳感器故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)主動(dòng)封鎖逆變器工作，速度傳感器故障時(shí)車輛會(huì)限速。第四，非金屬短路故障也是牽引系統(tǒng)的常見故障。例如，如果雨雪直接覆蓋了軌道，則可以將雨雪當(dāng)作供電階段啟動(dòng)的重要導(dǎo)體，又因?yàn)榻^緣支座直接被固定在道床上，所以實(shí)際也與接地的銅有著更好的絕緣效果[2]。但是隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，其支撐件上就會(huì)出現(xiàn)老化或者被污染的現(xiàn)象，最終被泄露的電流會(huì)直接流向扁銅，之后再借助變電所地網(wǎng)重新流向變電所的負(fù)級(jí)，這種故障是非金屬故障中最常見的一種。

2.2 輔助系統(tǒng)的故障

輔助系統(tǒng)故障與牽引系統(tǒng)有較多重合，除共有的元器件老化失效、短路故障和傳感器故障外，還有充電機(jī)、蓄電池故障和三相變壓器故障。充電機(jī)充電電流過(guò)快導(dǎo)致部分蓄電池出現(xiàn)發(fā)熱，并在短時(shí)間內(nèi)造成蓄電池基板損壞。三相變壓器在運(yùn)行工況中也有一定概率擊穿線圈繞組，放電甚至冒煙。

3 牽引輔助系統(tǒng)故障處理與預(yù)防辦法

3.1 牽引輔助系統(tǒng)故障處理

每節(jié)車牽引和輔助系統(tǒng)均有一個(gè)本地級(jí)電腦進(jìn)行控制，同時(shí)診斷其故障，通過(guò)該電腦內(nèi)預(yù)設(shè)的邏輯判斷，故障處理人員可以更好的定位故障位置和元器件。同時(shí)本地電腦還具有數(shù)據(jù)記錄的功能，可以查看故障發(fā)生瞬時(shí)牽引逆變系統(tǒng)電壓、電流和輸出力矩的變化，技術(shù)人員可以進(jìn)行分析并推測(cè)可能原因。最后通過(guò)更換模塊和元器件來(lái)快速的處理故障。

3.2 牽引輔助系統(tǒng)故障預(yù)防

現(xiàn)階段的地鐵檢修人員可以采用如下幾點(diǎn)預(yù)防措施：第一，定期對(duì)逆變器模塊、電抗、電容、電阻等部件檢查是否存在鼓包、燒灼、放電等現(xiàn)象，定期檢查進(jìn)、出風(fēng)口是否存在堵塞，定期檢查并清潔箱體內(nèi)粉塵，保證逆變器工作環(huán)境無(wú)異常。第二，牽引輔助系統(tǒng)均預(yù)設(shè)了故障冗余功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障但不影響運(yùn)行時(shí)應(yīng)該盡快在本次運(yùn)行任務(wù)結(jié)束后交給檢修工作人員處理，經(jīng)專業(yè)人員確認(rèn)或處理后再次加入到運(yùn)行車輛中，避免多個(gè)故障疊加導(dǎo)致列車徹底失去運(yùn)行服務(wù)能力。第三，當(dāng)牽引輔助系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到一定的年數(shù)后，要對(duì)動(dòng)作頻繁的接觸器和長(zhǎng)期帶電的電容、電阻、熔斷器進(jìn)行更換。如有必要，可以在車輛大修時(shí)將牽引輔助主箱體下車返回原廠對(duì)其部件性能進(jìn)行測(cè)試。

此外，更多在要求檢修工作人員在日常檢修和改造作業(yè)中認(rèn)真負(fù)責(zé)的完成任務(wù)，并通過(guò)嚴(yán)格的車輛靜態(tài)、動(dòng)態(tài)調(diào)試流程來(lái)逐步排除故障，避免牽引輔助系統(tǒng)出現(xiàn)人為導(dǎo)致的故障。

4 案例分析

4.1 案例1

某城市地鐵在運(yùn)行超過(guò)5年后，牽引系統(tǒng)充電接觸器KM1在梅雨季節(jié)頻繁發(fā)生卡合故障，凌晨發(fā)車時(shí)不得不尋找其他車輛替開。該接觸器在每次車輛停站前后就會(huì)進(jìn)行一次分合動(dòng)作，其動(dòng)作頻率遠(yuǎn)高于輔助系統(tǒng)同一型號(hào)的接觸器。經(jīng)過(guò)對(duì)故障件的分析和部件供應(yīng)商技術(shù)交流后，工程師一致認(rèn)為要在列車架大修過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行維修或更換。因此要格外注意動(dòng)作頻率高的元器件，定時(shí)對(duì)其進(jìn)行維修。

4.2 案例2

地鐵在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中受惡劣環(huán)境影響非常容易誘發(fā)故障。2018年1月26日大雪，某地鐵列車運(yùn)行過(guò)程中雪花大量吸附在電抗器繞組上，由于雪花為固體吸附在電抗器繞組上不會(huì)立即掉落，長(zhǎng)時(shí)間積累造成電抗器爬電空間全部被堵塞，爬電距離變?yōu)?，相當(dāng)于要求電抗器能泡在水中工作。電抗器的工作環(huán)境急劇下降，發(fā)生對(duì)地?fù)舸┒搪?，電抗器端部出現(xiàn)燒灼現(xiàn)象。

4.3 案例3

某城市地鐵在高壓箱部件改造中廠家改造人員將某網(wǎng)壓傳感器設(shè)備正負(fù)極電纜接反。改造完成后，送電瞬間1 500 V

通過(guò)錯(cuò)誤接線直接匯入負(fù)極，導(dǎo)致車輛段供電跳閘，高壓箱內(nèi)部分銅排燒損融化。這是一起典型的檢修人員錯(cuò)誤作業(yè)導(dǎo)致的車輛電氣短路故障。作業(yè)人員對(duì)改造工藝?yán)斫獠蛔?，同時(shí)忽視了自檢互檢作業(yè)流程。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地鐵實(shí)際一直在城市交通中發(fā)揮非常重要的作用，更是交通體系內(nèi)部的關(guān)鍵組成部分。因此，相關(guān)部門應(yīng)該在重視地鐵運(yùn)行效率和質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效地采用各種方法來(lái)避免電氣系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生故障，最終才能夠促進(jìn)地鐵更好地向前發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉洋.地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障與檢修[J].居舍，2018，38（26）：221

[2]黃赟.地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)故障檢修分析[J].住宅與房地產(chǎn)，2016，22（12）：236