地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障與檢修

高宏飛

摘 要：在城市化進(jìn)程日益加快的推動(dòng)下，傳統(tǒng)的交通工具已經(jīng)很難滿足人們的需要，尤其是以汽車為首的交通工具，不僅會(huì)影響城市交通效率，而且會(huì)對(duì)城市環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。在此背景下，各大城市發(fā)展了軌道交通，而地鐵作為城市軌道交通的重要組成部分，大大緩解了城市交通存在的問(wèn)題。

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

0 前言

地鐵，是在地下承載交通運(yùn)輸且封閉獨(dú)立的交通系統(tǒng)，主要采用自動(dòng)化設(shè)備等現(xiàn)代化手段，通過(guò)對(duì)地下環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和把控，從而保障地下交通安全運(yùn)輸?shù)墓ぞ?。目前的地鐵車輛在運(yùn)行過(guò)程中，牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響了地鐵車輛的正常行進(jìn)和整個(gè)地鐵的運(yùn)營(yíng)，一旦這些故障無(wú)法得到有效的解決，甚至?xí)?duì)人們的日常出行造成困擾。因此，加強(qiáng)對(duì)地鐵車輛的牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的故障檢修是提升地鐵運(yùn)行可靠性的重要措施。

1 地鐵相關(guān)概述

在很多城市中，地鐵方便、快捷且運(yùn)輸時(shí)間穩(wěn)定等，是人們交通出行最重要的選擇之一。目前，我國(guó)已經(jīng)建成地鐵或者正在建設(shè)的城市較多，地鐵發(fā)展的規(guī)模愈發(fā)龐大。隨著地鐵的廣泛應(yīng)用，需要加強(qiáng)對(duì)于地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中的安全因素分析和研究，為地鐵的進(jìn)一步發(fā)展提供可靠的依據(jù)。通常來(lái)說(shuō)，地鐵都是處于城市地下。因此，地面上的路況以及外界氣候因素對(duì)地鐵運(yùn)行的影響不大。但是，由于地鐵前期建設(shè)工程周期長(zhǎng)，且不可控因素較多，所以需要不斷地加強(qiáng)地鐵安全建設(shè)工作，避免出現(xiàn)地鐵建設(shè)問(wèn)題和安全隱患，并重視后期的地鐵安全運(yùn)行情況，杜絕安全事故的出現(xiàn)，保證地鐵的穩(wěn)定發(fā)展。

2 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引的故障分析與檢修

（1）牽引系統(tǒng)的故障分析。牽引系統(tǒng)的故障分析包括以下幾個(gè)方面。非正常運(yùn)行狀態(tài)由于地鐵車輛運(yùn)行時(shí)處于制動(dòng)、過(guò)三軌無(wú)電區(qū)、啟動(dòng)狀態(tài)，并且車輛在上下班高峰時(shí)段經(jīng)常會(huì)處于過(guò)載的運(yùn)行狀態(tài)。這時(shí)會(huì)導(dǎo)致車輛制動(dòng)，制動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電流和電壓發(fā)生較大的波動(dòng)。這種負(fù)荷狀態(tài)與牽引系統(tǒng)的短路狀態(tài)十分相似，可能會(huì)導(dǎo)致繼電器保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，對(duì)地鐵車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)造成損害。非金屬性短路故障主要指的是發(fā)生在非金屬性狀況下的短路故障，例如雨雪覆蓋或淹沒軌道的狀況。這時(shí)，雨雪可以作為供電系統(tǒng)在啟動(dòng)階段的導(dǎo)體，三軌由于整體絕緣支座固定在道床上，與接地扁銅之間具有良好的絕緣效果。但是，隨著地鐵車輛運(yùn)行時(shí)間的增加，支撐件上會(huì)出現(xiàn)污穢或絕緣支座絕緣保護(hù)老化的情況，由此產(chǎn)生的泄露電流經(jīng)過(guò)絕緣支座流向接地扁銅，然后通過(guò)變電所地網(wǎng)重新流回變電所負(fù)極。這種由于絕緣故障導(dǎo)致的短路故障是非金屬性短路故障中最常見的一種。此外，在三軌供電系統(tǒng)中，還有一種常見的非金屬性短路故障，即電弧短路故障，它是指帶電體對(duì)導(dǎo)體放電而引起的短路，例如第三軌對(duì)地放電。金屬性故障指的是鋼軌和三軌間發(fā)生的金屬接觸，或是絕緣支座（支座底部設(shè)置了接地扁銅，與整個(gè)供電系統(tǒng)的地網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接，主要用于三軌和大地的絕緣）被擊穿，導(dǎo)致接地扁銅和三軌直接發(fā)生短路的情況。例如供電系統(tǒng)在進(jìn)行停電檢修工作時(shí)，檢修人員并沒有將放置在鋼軌和三軌之間的金屬工具帶走，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)重新送電時(shí)發(fā)生鋼軌與三軌之間的直接短路故障。

（2）牽引系統(tǒng)的故障檢修。地鐵車輛牽引系統(tǒng)故障檢修通常采用故障仿真分析進(jìn)行檢修。地鐵牽引系統(tǒng)故障的位置通常位于供電臂原理牽引變電所的遠(yuǎn)端，通過(guò)對(duì)近遠(yuǎn)端斷路故障進(jìn)行仿真分析，分別得出近遠(yuǎn)端斷路點(diǎn)的饋線電流，從中能夠看出電流的穩(wěn)態(tài)值會(huì)隨著故障距離的變化而發(fā)生變化，即隨著故障距離的減小而增大，并且故障點(diǎn)離接觸網(wǎng)末端越近，電流上升的速度也就越慢，它能夠診斷出直流牽引網(wǎng)電壓有沒有發(fā)生突變。模擬仿真分析為了避開牽引變電站子模型的初始階段存在的暫態(tài)過(guò)程，通過(guò)設(shè)置以下模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行故障仿真分析，即設(shè)置1臺(tái)地鐵車輛在0.05 s啟動(dòng)，在0.11 s時(shí)分別在2 km、3 km處設(shè)置遠(yuǎn)端故障模擬試驗(yàn)，以此模仿實(shí)際的短路故障。通過(guò)分析直流饋線電流仿真結(jié)果，能夠得出類似的指數(shù)函數(shù)，即距離接觸網(wǎng)末端的距離越遠(yuǎn)，電流上升的越慢，電流的穩(wěn)定值就越高。通過(guò)故障仿真分析，檢測(cè)地鐵車輛直流饋線的電流大小和上升率，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出牽引系統(tǒng)有沒有發(fā)生故障。

3 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)的故障與檢修

（1）輔助系統(tǒng)故障的主要表現(xiàn)電容器故障。逆變器內(nèi)部安裝有起到穩(wěn)壓作用的鋁電解電容器。鋁電解電容器的氧化膜在電容工作時(shí)很容易被損壞，雖然其自身有一定的自愈性，但是，當(dāng)氧化膜的破壞速度大于其自愈速度時(shí)，氧化膜來(lái)不及修補(bǔ)，就會(huì)導(dǎo)致氧化膜被損壞甚至是擊穿，導(dǎo)致電容器失效。電力半導(dǎo)體器件故障逆變器經(jīng)常在強(qiáng)烈的電浪涌環(huán)境中工作，逆變器失效通常是由電力半導(dǎo)體器件失效引起的，但是，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的過(guò)程中并不重視對(duì)電力半導(dǎo)體器件的保護(hù)，所以，導(dǎo)致電力半導(dǎo)體器件失效。弱電半導(dǎo)體器件故障逆變器中存在許多弱電半導(dǎo)體器件，只要其中的一個(gè)器件失效，都會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的性能，甚至?xí)拐麄€(gè)系統(tǒng)喪失功能。導(dǎo)致半導(dǎo)體器件失效的原因包括兩個(gè)方面，一方面是內(nèi)因，由于器件自身的固有可靠性;另一方面是外因?qū)е碌墓收?，主要包括溫度失效、機(jī)械過(guò)應(yīng)力失效、靜電損傷失效、過(guò)電應(yīng)力失效、濕度失效等。C/AC逆變器即輔助逆變器，輔助逆變器從架空接觸網(wǎng)上受電，用作輔助電源，為空調(diào)裝置、空氣壓縮機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)和車輛內(nèi)的所有交流負(fù)載供電。蓄電池組由若干個(gè)額定電壓的電池單元組成，對(duì)蓄電池的保護(hù)方式有：蓄電池充電器對(duì)充電電壓的控制;高分?jǐn)?低電壓能力熔斷器接到蓄電池的正負(fù)極;對(duì)充電時(shí)的過(guò)電壓、過(guò)電流的保護(hù);蓄電池要與充電器隔離;蓄電池分?jǐn)嘟佑|器，使蓄電池和負(fù)載隔離。輔助系統(tǒng)的故障檢修輔助系統(tǒng)的故障檢修方法通常采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法，主要表現(xiàn)為：1）訓(xùn)練創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。將采集到的輔助系統(tǒng)的信息樣本輸入到尚未訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行ANN訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)自學(xué)獲得期望得到的診斷網(wǎng)絡(luò)。2）網(wǎng)絡(luò)診斷。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前向計(jì)算的過(guò)程，即根據(jù)診斷輸入對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷的過(guò)程。通過(guò)特征提取和預(yù)處理，對(duì)輔助系統(tǒng)的信息樣本和故障數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，然后在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行故障檢測(cè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(lái)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(duì)其故障原因進(jìn)行細(xì)致分析，為檢修方案更有針對(duì)性的制定打下基礎(chǔ)。這有助于提升檢修水平，同時(shí)保障地鐵車輛的運(yùn)行安全，對(duì)于提升我國(guó)地鐵車輛的整體運(yùn)營(yíng)水平有著極為重要的意義。

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