廣州地鐵14號線列車過斷軌區(qū)報(bào)牽引故障研究及改善

黃浩東 韓曉輝

摘要：針對廣州地鐵14號線列車在運(yùn)營過程中經(jīng)過斷軌區(qū)牽引系統(tǒng)偶發(fā)逆變過流故障的問題，介紹了14號線主線的斷軌區(qū)情況和牽引系統(tǒng)報(bào)逆變過流故障的診斷機(jī)制，分析了故障產(chǎn)生的原因，并提出了相應(yīng)的整改方法，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：斷軌區(qū);逆變過流;故障分析;解決措施

1 故障現(xiàn)象

2020年6月26日，14019020車在14號線主線運(yùn)行時(shí)偶數(shù)單元先后出現(xiàn)了3次牽引設(shè)備圖標(biāo)變黃色（輕微故障）的情況，讀取故障履歷確認(rèn)這3次故障信息分別為：

（1）14：13：07報(bào)14B020“DCU模塊1逆變過流”、14C020車“DCU模塊2逆變過流”，14：17：25司機(jī)手動(dòng)復(fù)位。

（2）21：47：42報(bào)14B020“DCU模塊1逆變過流”、14C020車“DCU模塊1逆變過流”“DCU模塊2逆變過流”，21：49：10自動(dòng)復(fù)位。

（3）21：54：42報(bào)14B020“DCU模塊1逆變過流”、14C020車“DCU模塊1逆變過流”“DCU模塊2逆變過流”，22：03：27司機(jī)手動(dòng)復(fù)位。

2 故障調(diào)查

2.1? ? 故障邏輯

根據(jù)DCU故障邏輯，當(dāng)DCU模塊逆變輸出相電流瞬時(shí)值>1 050 A時(shí)，封鎖相應(yīng)模塊脈沖，DCU自動(dòng)延時(shí)復(fù)位;30 min內(nèi)若連續(xù)出現(xiàn)3次及以上DCU模塊逆變過流故障，則需手動(dòng)復(fù)位，如表1所示。

2.2? ? 斷軌區(qū)單元車失電原理

14號線列車為B型車，采用6節(jié)車廂編組，前后3節(jié)車廂分別組成兩個(gè)單元車，單元車內(nèi)集電靴高壓側(cè)聯(lián)通，同時(shí)分別向本單元的牽引設(shè)備供電。一列車共有12個(gè)集電靴，分兩側(cè)均衡分布，每個(gè)單元各6個(gè)集電靴，集電靴在列車上的布置如圖1所示。

鑒于列車及線路上各設(shè)備限界要求，部分接觸軌需分段布置，當(dāng)列車行駛路徑上出現(xiàn)連續(xù)斷口時(shí)，可能造成單元車內(nèi)牽引設(shè)備失電。

如圖2所示，l1、l3、l5分別表示接觸軌斷口長度，l2、l4分別表示錨段實(shí)際長度，當(dāng)集電靴C2離開Y03錨時(shí)，所在單元車全部集電靴（A2、B2和C2）均懸空，故單元車牽引設(shè)備失電，失電長度為：L=（32.58+19.98）-（l2+l3+l4）。

2.3? ? 14號線主線斷軌區(qū)情況

工作人員查閱《14號線（含支線）單元車失電區(qū)圖冊》，發(fā)現(xiàn)14號線主線有25條行車路徑存在單元車牽引設(shè)備失電的情況。經(jīng)過逐一核實(shí)，其中只有9條路徑、涉及3個(gè)位置與常規(guī)的運(yùn)營組織行車有關(guān)，如圖3所示，分別為嘉禾望崗折返線進(jìn)出站臺、白云東平站側(cè)股下行出站和上行進(jìn)出站、太和側(cè)股上行出站和下行進(jìn)出站，其余路徑為出入場線、過渡線、存車線等，常規(guī)運(yùn)營組織行車暫不涉及。

通過車輛事件記錄儀數(shù)據(jù)分析，如圖4所示，列車全線運(yùn)行單元車牽引設(shè)備輸入電壓只會在嘉禾望崗折返線、白云東平、太和3個(gè)站出現(xiàn)失電波動(dòng)的情況，與斷軌區(qū)位置相符。由于列車每次經(jīng)過斷軌區(qū)運(yùn)行的工況略有差異，單元車牽引設(shè)備輸入電壓波動(dòng)的情況也會存在一定的差異。

2.4? ? DCU模塊逆變過流故障產(chǎn)生及復(fù)位情況

通過分析DCU數(shù)據(jù)核實(shí)6月26日報(bào)的3次故障，情況如下：

第一次由于列車在白云東平（下行）出站、白云東平（上行）出站、太和（上行）出站都產(chǎn)生DCU逆變過流，如圖5所示，所以列車在14：13：07經(jīng)過太和（上行）出站時(shí)牽引設(shè)備圖標(biāo)變黃色，需要司機(jī)手動(dòng)復(fù)位。

第二次由于列車在太和（下行）出站、白云東平（下行）出站、白云東平（上行）出站都產(chǎn)生DCU逆變過流，如圖6所示，所以列車在21：47：42經(jīng)過白云東平（上行）出站時(shí)牽引設(shè)備圖標(biāo)變黃色，21：49：10剛好一個(gè)DCU內(nèi)部30 min計(jì)時(shí)周期結(jié)束，此時(shí)DCU逆變過流次數(shù)會自動(dòng)減1，所以故障自動(dòng)復(fù)位。第三次，21：54：42列車經(jīng)過太和（上行）出站時(shí)，又產(chǎn)生了DCU逆變過流，所以此時(shí)牽引設(shè)備圖標(biāo)又變成黃色，需要司機(jī)手動(dòng)復(fù)位。

2.5? ? DCU模塊逆變過流故障產(chǎn)生分析

通過對比分析列車經(jīng)過斷軌區(qū)的數(shù)據(jù)（表2），工作人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)DCU電網(wǎng)電壓失電波動(dòng)低于1 100 V時(shí)，重新進(jìn)入有電區(qū)DCU會產(chǎn)生逆變過流情況;當(dāng)DCU電網(wǎng)電壓失電波動(dòng)高于1 100 V時(shí)，重新進(jìn)入有電區(qū)DCU則不會產(chǎn)生逆變過流情況。

DCU模塊逆變出現(xiàn)逆變過流故障屬于時(shí)代牽引設(shè)備正常特性的表現(xiàn)，當(dāng)輸入電壓出現(xiàn)較大波動(dòng)，超過DCU模塊本身抗干擾的能力時(shí)，就會引起逆變器后級三相輸出電流出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)，波動(dòng)一旦超過閾值（1 050 A）則報(bào)“逆變過流”故障。

2.6? ? 故障調(diào)查結(jié)論

綜上分析，由于14號線在太和、白云東平、嘉禾望崗3個(gè)位置的斷軌區(qū)過于集中，且列車從太和下行進(jìn)站斷軌區(qū)再到太和上行出站斷軌區(qū)的運(yùn)行時(shí)間剛好為30 min，與DCU的計(jì)時(shí)周期一致，當(dāng)列車經(jīng)過上述線路區(qū)段時(shí)，若因斷軌區(qū)導(dǎo)致出現(xiàn)3次及以上逆變過流故障時(shí)，牽引設(shè)備圖標(biāo)變?yōu)辄S色，需要司機(jī)手動(dòng)復(fù)位DCU，否則會影響列車正常運(yùn)營。

3 整改方法

為解決14號線列車正線運(yùn)營過程中經(jīng)過斷軌區(qū)牽引系統(tǒng)偶發(fā)逆變過流故障的問題，通過研究將從以下兩個(gè)方面進(jìn)行整改：

3.1? ? 增加微制動(dòng)功能

DCU通過檢測輸入電壓的跌落速率來判斷列車經(jīng)過無電區(qū)，此時(shí)DCU進(jìn)入微制動(dòng)狀態(tài)，盡可能通過微制動(dòng)來維持DCU中間電壓，避免在重新進(jìn)入有電區(qū)后由于較大的網(wǎng)壓突變引起逆變過流的發(fā)生，但微制動(dòng)仍只能降低發(fā)生故障的頻次，無法完全杜絕。

3.2? ? 優(yōu)化故障診斷邏輯

結(jié)合14號線線路特性，進(jìn)一步優(yōu)化DCU模塊逆變過流故障的計(jì)時(shí)周期及自復(fù)位次數(shù)，避免列車剛好連續(xù)經(jīng)過太和、白云東平、嘉禾望崗3個(gè)位置時(shí)多次產(chǎn)生逆變過流，導(dǎo)致牽引設(shè)備圖標(biāo)變?yōu)辄S色，影響列車正常運(yùn)營。

4 整改效果

14號線列車通過增加DCU微制動(dòng)功能，并通過試驗(yàn)優(yōu)化微制動(dòng)啟動(dòng)條件，最終確定微制動(dòng)啟動(dòng)條件為DCU輸入電壓變化率每100 ms高于85 V效果最好。目前對其跟蹤情況良好，升級新版DCU軟件后，列車正線運(yùn)營再未出現(xiàn)過牽引系統(tǒng)偶發(fā)逆變過流故障的問題。

5 結(jié)語

14號線列車通過對DCU增加微制動(dòng)功能，有效解決了在運(yùn)營過程中經(jīng)過斷軌區(qū)牽引系統(tǒng)偶發(fā)逆變過流故障的問題。正線經(jīng)過斷軌區(qū)在三軌供電系統(tǒng)中較為常見，這為其他線路列車解決同類問題提供了一定的借鑒。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司.廣州地鐵14&21號線DCU邏輯控制圖[Z].

[2] 株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司.微制動(dòng)功能說明[Z].

[3] 株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司.廣州地鐵14&21號線車輛牽引系統(tǒng)軟件修改說明（逆變程序V3.5.7）[Z].

[4] 廣州地鐵集團(tuán)有限公司.14號線（含支線）單元車失電區(qū)圖冊[Z].

收稿日期：2020-12-08

作者簡介：黃浩東（1992—），男，廣東揭陽人，城市軌道交通機(jī)車車輛助理工程師，從事車輛維修、國產(chǎn)化、調(diào)試等技術(shù)管理工作。

韓曉輝（1989—），男，湖南岳陽人，城市軌道交通機(jī)車車輛助理工程師，從事車輛維修、國產(chǎn)化、調(diào)試等技術(shù)管理工作。