地鐵電客車升弓電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

周凌昊

（南昌軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，南昌330072）

近年來，隨著我國大力發(fā)展軌道交通行業(yè)，地鐵作為安全、準(zhǔn)點(diǎn)、快捷的交通方式，已慢慢成為人們出行的首選方式，地鐵列車安全平穩(wěn)的運(yùn)行備受重視。地鐵列車的受電弓及牽引系統(tǒng)作為電客車的受流及驅(qū)動裝置，其工作的正常與否直接關(guān)系地鐵列車運(yùn)行的安全及平穩(wěn)[1]。對南昌地鐵2 號線南延線升弓電路進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)存在安全隱患，列車可在車輛處于接地、接入車間電源、車下箱體未蓋好狀態(tài)升弓。鑒于南昌地鐵2 號線南延線電客車預(yù)驗(yàn)收及運(yùn)營維護(hù)過程中出現(xiàn)的升弓及牽引系統(tǒng)安全工作問題，提出升弓電路的優(yōu)化改造方案，降低受電弓及牽引系統(tǒng)在運(yùn)營維護(hù)過程中存在的風(fēng)險[2]。

1 電客車升弓電路

1.1 升弓控制電路

南昌地鐵2 號線南延線采用由兩個列車單元組成的4 動2 拖六輛編組列車，每個列車單元設(shè)置一個受電弓受流，兩個單元之間高壓母線相互隔離。受電弓升弓電路由斷路器、按鈕、硬線、繼電器、升弓電磁閥控制。列車激活后，在司機(jī)臺按下受電弓升弓按鈕，受電弓升繼電器得電吸合，低壓控制電經(jīng)過牽引升弓使能繼電器觸點(diǎn)、受電弓升繼電器觸點(diǎn)、受電弓降繼電器觸點(diǎn)及自動降弓系統(tǒng)（ADD）故障繼電器觸點(diǎn)，最終使受電弓保持繼電器及升弓電磁閥U05 得電，升弓電磁閥得電后，受電弓氣路導(dǎo)通，風(fēng)缸中的空氣充入受電弓氣囊，受電弓正常升起[3]。升弓控制電路示意圖如圖1 所示。

圖1 升弓控制電路示意圖

牽引升弓使能信號是牽引系統(tǒng)通過對其部件進(jìn)行檢測，確認(rèn)牽引系統(tǒng)各部件工作狀態(tài)正常后由牽引控制單元（DCU）發(fā)出。牽引系統(tǒng)判斷升弓使能信號可正常發(fā)出的條件為：

（1）牽引系統(tǒng)模式開關(guān)選擇運(yùn)行模式；

（2）牽引系統(tǒng)各箱體柜門關(guān)好；

（3）車間電源插頭保護(hù)蓋蓋好；

（4）車間電源未接入；

（5）DCU 工作正常。

1.2 升弓允許信號旁路

在車輛設(shè)計(jì)之初，根據(jù)故障導(dǎo)向安全原則，任意單元的DCU 判斷不具備給出升弓使能信號條件時，兩端受電弓均不應(yīng)升起，因此在受電弓升弓電路中增加了遠(yuǎn)端和近端DCU 控制的牽引升弓使能繼電器觸點(diǎn)。因此正線運(yùn)行過程中出現(xiàn)任意一個DCU 判斷不具備升弓條件或DCU 自身故障時，雙弓將同時落下且無法升起，列車將無法進(jìn)行正常的受流及運(yùn)行，勢必造成正線救援。因此在南昌地鐵2 號線南延線電客車預(yù)驗(yàn)收調(diào)試階段，增加了升弓使能旁路屏蔽升弓電路中牽引升弓使能的兩組觸點(diǎn)，用以保證在列車出現(xiàn)上述情況時可通過旁路功能使受電弓升起，單弓運(yùn)行。改造前，南昌地鐵2 號線南延線升弓電路原理圖如圖2 所示。

圖2 升弓控制電路原理圖

2 升弓電路隱患分析

升弓使能旁路激活狀態(tài)下，牽引系統(tǒng)對其部件的檢測機(jī)制也被屏蔽[4]，但存在以下幾種隱患：

（1）牽引系統(tǒng)切除模式及車間電源模式下可以升弓。

牽引系統(tǒng)設(shè)置為切除模式時，列車高壓回路直接接地，此時升弓會導(dǎo)致接觸網(wǎng)接地，可能會造成供電或列車設(shè)備的損壞。

（2）牽引系統(tǒng)箱體未蓋好的情況下可以升弓。

升弓狀態(tài)下，牽引系統(tǒng)箱體內(nèi)高壓回路工作，若此時箱體柜門處于打開的狀態(tài)，車下檢修維護(hù)人員存在觸電風(fēng)險，若正線動車運(yùn)行過程中柜門意外打開，列車未能正常降弓和緊急制動，打開的柜門可能侵限或掉落，對軌旁設(shè)備造成損壞。

（3）列車接入車間電源的情況下可以升弓。

列車在接入車間電源后再通過受電弓受流，會造成牽引設(shè)備損壞。

（4）牽引系統(tǒng)檢測到高壓回路存在短路或接地故障，受電弓無法落下。

受電弓正常受流過程中，如果牽引系統(tǒng)檢測到內(nèi)部存在短路或接地故障，由于升弓使能信號已被屏蔽，因此無法及時降弓，會造成供電或列車設(shè)備的損壞。

3 升弓電路優(yōu)化改造

根據(jù)上述升弓控制電路及升弓使能旁路存在的隱患分析，優(yōu)化改造思路是在保留升弓使能旁路的基礎(chǔ)上，恢復(fù)在旁路工作的狀態(tài)下牽引系統(tǒng)對其內(nèi)部系統(tǒng)的檢測功能[5-7]。改造后可保證列車運(yùn)行的可靠性，減緩升弓使能信號因故障無法發(fā)出帶來的影響，同時提高了列車升弓電路的安全性。具體目標(biāo)是為了解決因原有升弓電路存在設(shè)計(jì)缺陷，在人為誤操作升弓旁路的情況下，列車可在車下箱體未蓋好，整車牽引系統(tǒng)處于接地切除模式及車間電源接入的狀態(tài)下，列車可正常升弓，避免操作人員觸電，接觸網(wǎng)直接接地，列車同時接入接觸網(wǎng)高壓及靜調(diào)電源柜高壓的情況發(fā)生。

具體改造方案為：

（1）將原本MP1/MP2 車受電弓保持電路中本端及遠(yuǎn)端升弓使能繼電器觸點(diǎn)B1、C1 調(diào)整至受電弓升弓按鈕電路中；

（2）在MP1/MP2 車受電弓保持電路中增加一組本端DCU 發(fā)出的牽引升弓使能信號常開觸點(diǎn)B2、C2；

（3）升弓使能旁路由屏蔽受電弓保持電路遠(yuǎn)近兩端升弓使能信號調(diào)整為屏蔽受電弓升弓按鈕電路中遠(yuǎn)端升弓使能信號。

優(yōu)化改造后電路詳見圖3。

圖3 優(yōu)化改造后升弓控制電路原理圖

升弓控制電路改造后示意圖詳見圖4，可以有效改變以下三種情況：

圖4 優(yōu)化改造后升弓控制電路示意圖

（1）升弓按鈕電路中增加了遠(yuǎn)近兩端DCU 給出的升弓使能信號，此項(xiàng)改造可以保證牽引系統(tǒng)處于切除模式、車間電源模式、箱體柜門未蓋好和列車接入車間電源的情況下，受電弓升弓指令無法發(fā)出，受電弓不會升起。

（2）受電弓保持電路中增加本端DCU 給出的牽引升弓使能，此項(xiàng)改造可以保證列車正常受流狀態(tài)下，任意一端牽引系統(tǒng)DCU 檢測到高壓回路異?？杉皶r將本端的受電弓降下。列車可繼續(xù)使用單弓受流牽引運(yùn)行，輔助系統(tǒng)可通過擴(kuò)展供電或并網(wǎng)供電保證全車的中低壓設(shè)備正常工作，提高故障狀態(tài)下乘客服務(wù)質(zhì)量。

（3）升弓使能旁路由屏蔽遠(yuǎn)近兩端升弓使能信號調(diào)整為屏蔽遠(yuǎn)端升弓使能信號，此項(xiàng)改造可以在DCU 判斷不具備升弓條件或DCU 自身故障的情況下，通過使用升弓使能旁路，確保故障端受電弓不升起，無故障DCU 端的受電弓正常升起。

4 優(yōu)化效果

改造前，因人為誤操作升弓使能旁路，在未具備升弓條件時升弓易導(dǎo)致列車及供電設(shè)備損壞，造成幾十萬元的經(jīng)濟(jì)損失。改造后的升弓電路能夠有效避免上述情況的發(fā)生。該優(yōu)化設(shè)計(jì)已在南昌地鐵2 號線南延線12 列電客車上得到了應(yīng)用，長期運(yùn)營維護(hù)結(jié)果表明，該優(yōu)化設(shè)計(jì)合理可靠，滿足現(xiàn)場使用需求。

5 結(jié)束語

通過故障分析以及技術(shù)改造，該受電弓升弓電路優(yōu)化方案具備以下幾個優(yōu)勢：

（1）不涉及到受電弓氣路及牽引軟件的更改，僅通過低壓控制線路的觸點(diǎn)調(diào)整即可完成，改造成本低，時間短；

（2）可以結(jié)合電客車均衡修完成改造及功能驗(yàn)證，不影響列車上線率；

（3）完成改造后可以有效提高列車運(yùn)行的可靠性和安全性。