電動(dòng)客車(chē)加速不良原因分析與措施

韓賀

（北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司運(yùn)二分公司，北京 100071）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通車(chē)輛技術(shù)迅猛發(fā)展，城市軌道交通規(guī)模越來(lái)越大。由于城市軌道交通運(yùn)輸本身具有時(shí)效性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等特點(diǎn)，這對(duì)車(chē)輛運(yùn)行維護(hù)提出了新的要求。因此，在軌道車(chē)輛維護(hù)工作的過(guò)程中，不斷完善網(wǎng)絡(luò)控制回路維護(hù)方式十分必要，需要從實(shí)際出發(fā)，梳理設(shè)備技術(shù)參數(shù)，以找出更具可行性的維護(hù)方案。

1 網(wǎng)絡(luò)控制基本情況

1.1 網(wǎng)絡(luò)控制原理

車(chē)輛采用符合《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）規(guī)定的B 型車(chē)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為傳送牽引及制動(dòng)控制等車(chē)輛運(yùn)行有關(guān)的信號(hào)的傳送系統(tǒng)，采用PROFIBUS 傳送方式，傳送速度為1.5MBit/s[1]。另外，為了達(dá)到網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)冗余化，由1 系及2 系構(gòu)成二重系統(tǒng)。

二重系是冗余系的基本構(gòu)成方法，但是向?qū)ο笤O(shè)備的輸出按照待機(jī)二重系的思路。通常1 系及2 系都進(jìn)行控制運(yùn)算，但僅將運(yùn)作系的輸出有效化，運(yùn)作系發(fā)生異常時(shí)通過(guò)將待機(jī)系的控制演算輸出有效化，繼續(xù)進(jìn)行列車(chē)控制[2]。如果運(yùn)作系、待機(jī)系都發(fā)生異常（二重系統(tǒng)故障）時(shí)，將不能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制，會(huì)將司機(jī)提示燈（控制傳送異常）點(diǎn)亮，向VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）裝置及制動(dòng)控制裝置等輸出網(wǎng)絡(luò)控制異常信號(hào)。

1.2 故障情況

地鐵車(chē)輛按照運(yùn)營(yíng)圖正常完成載客任務(wù)，其中在ATO（自動(dòng)駕駛）模式下行駛正常，在ATB（自動(dòng)折返）模式下自動(dòng)折返正常。運(yùn)營(yíng)期間地鐵車(chē)輛在ATB模式下在郭公莊站完成自動(dòng)折返后，在ATO 模式下出站時(shí)發(fā)生了加速不良情況。主要故障現(xiàn)象為T(mén)MS（監(jiān)控顯示器）顯示2 號(hào)車(chē)和5 號(hào)車(chē)的VVVF 大約在時(shí)速20km/h 時(shí)牽引力開(kāi)始降低，且在40km/h 時(shí)牽引力變?yōu)?km/h，4 號(hào)車(chē)的VVVF 正常動(dòng)作。其間，乘務(wù)員多次進(jìn)行牽引試驗(yàn)，車(chē)輛速度均處于受限狀態(tài)，在豐臺(tái)南路站停車(chē)時(shí)，乘務(wù)員通過(guò)操作司控器手柄施加至緊急制動(dòng)，之后再次嘗試車(chē)輛牽引，車(chē)輛速度恢復(fù)至正常百分比輸出。

車(chē)輛牽引速度受限故障導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)線(xiàn)當(dāng)日大量運(yùn)營(yíng)晚點(diǎn)，如果乘務(wù)員緊急處置無(wú)法解決該故障，影響程度將進(jìn)一步擴(kuò)大。該故障現(xiàn)象較為罕見(jiàn)，但一旦出現(xiàn)對(duì)運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路影響極大，因此需對(duì)該故障原因進(jìn)行分析研究，并制訂切實(shí)有效的解決措施。

2 車(chē)輛加速不良原因分析

2.1 故障記錄分析

截取故障時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行記錄中的牽引輸出數(shù)據(jù)和車(chē)輛速度數(shù)據(jù)，如圖1 所示，從圖中的數(shù)據(jù)可以看出，車(chē)輛牽引PWM 值輸出100%后，車(chē)輛速度曲線(xiàn)值停留在40km/h 以?xún)?nèi)。通過(guò)記錄分析可以看出：從自動(dòng)折返后出站時(shí)發(fā)生加速不良。車(chē)輛自動(dòng)折返并進(jìn)站后，在自動(dòng)折返模式結(jié)束之前（緊急制動(dòng)起作用之前），司機(jī)對(duì)手柄進(jìn)行操作，緊急制動(dòng)不動(dòng)作。而后，緊急制動(dòng)起作用，加速不良現(xiàn)象消失。

圖1 事件記錄

從上述情況可以分析得出，造成車(chē)輛出現(xiàn)加速不良的原因如下：

一是車(chē)輛折返后切換頭車(chē)時(shí)，TMS 在極短的時(shí)間內(nèi)建立起后退駕駛模式?？梢酝茰y(cè)建立時(shí)間在VVVF—TMS 的控制傳輸周期（50ms）以下。二是VVVF 從TMS 收到后退駕駛的信號(hào)時(shí)，VVVF 建立起后退駕駛模式。因?yàn)門(mén)MS 的后退駕駛信號(hào)的輸出時(shí)間極短，VVVF 會(huì)有收不到信號(hào)的情況。三是根據(jù)VVVF 的邏輯，在VVVF 的后退駕駛模式成立的狀態(tài)下，在大約30km/h 時(shí)有速度限制。另外，后退駕駛模式持續(xù)至緊急制動(dòng)起作用為止。因此，緊急制動(dòng)起作用后恢復(fù)了正常動(dòng)作。

2.2 模擬故障，復(fù)現(xiàn)車(chē)輛牽引加速不良

為驗(yàn)證分析結(jié)果的正確性，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行驗(yàn)證，得出：VVVF 在后退行駛（司控器的方向桿為R 時(shí)駕駛）模式時(shí)，會(huì)有速度限制，即車(chē)輛出現(xiàn)牽引加速不良的情況。

速度限制解除的條件為緊急制動(dòng)動(dòng)作（緊急制動(dòng)信號(hào)286b=不得電）的時(shí)候。

因此，在緊急制動(dòng)不動(dòng)作的狀態(tài)下建立后退運(yùn)行模式后，即使是將司控器方向桿放到F 位也不會(huì)解除后退運(yùn)行模式。

挑選正線(xiàn)運(yùn)營(yíng)正常結(jié)束的車(chē)輛進(jìn)行試驗(yàn)，以確保車(chē)輛不存在特殊性。將VVVF 內(nèi)的EBR（緊急制動(dòng)繼電器）繼電器更換為試驗(yàn)用繼電器。試驗(yàn)用繼電器是將觸點(diǎn)短接，使42 號(hào)線(xiàn)變?yōu)槌５秒姞顟B(tài)，控制原理如圖2 所示。

試驗(yàn)中要注意：一是使用試驗(yàn)用繼電器時(shí)，一旦后退運(yùn)行模式建立起來(lái)，操作司控器也不能解除該模式。二是出現(xiàn)緊急情況時(shí)，如果要解除后退運(yùn)行模式，需要斷合VVVF 的電源或者斷合蓄電池。

經(jīng)上述試驗(yàn)驗(yàn)證，后退運(yùn)行模式建立的情況，確實(shí)可造成列車(chē)啟動(dòng)速度異常的故障現(xiàn)象。

2.3 牽引速度異常情況下的處理策略

經(jīng)事件記錄分析和進(jìn)一步試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，車(chē)輛折返后會(huì)在一定條件下極短的時(shí)間內(nèi)建立起后退駕駛模式。其他編組也有發(fā)生加速不良的可能性，為防止此類(lèi)故障再次發(fā)生，應(yīng)做如下緊急處理：一是自動(dòng)折返時(shí)，在完成自動(dòng)折返至緊急制動(dòng)起作用的時(shí)間內(nèi)，不要操作手柄。二是自動(dòng)折返后，如果在緊急制動(dòng)沒(méi)開(kāi)始起作用的狀態(tài)下誤操作手柄，應(yīng)先將司控器手柄放至緊急制動(dòng)位置，使緊急制動(dòng)動(dòng)作。三是行駛中發(fā)生加速不良時(shí)，應(yīng)將司控器手柄放至緊急制動(dòng)位置，施加緊急制動(dòng)。

2.4 故障原因總結(jié)

通過(guò)對(duì)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制原理、運(yùn)行記錄、中央傳送裝置單元控制程序、VVVF 建立后退駕駛模式的原因的分析，以及模擬現(xiàn)場(chǎng)故障進(jìn)行分析，最終找出列車(chē)無(wú)法正常加速的原因：車(chē)輛折返后切換頭車(chē)時(shí)，TMS在極短的時(shí)間內(nèi)建立起后退駕駛模式，VVVF 從TMS收到后退駕駛的信號(hào)時(shí)，VVVF 建立起后退駕駛模式，在VVVF 的后退駕駛模式成立的狀態(tài)下，在大約30km/h 時(shí)有速度限制。

3 故障處理措施——程序邏輯修正

根據(jù)故障分析確認(rèn)TMS 程序邏輯存在問(wèn)題，通過(guò)修改程序邏輯對(duì)后退駕駛信號(hào)輸出條件進(jìn)行修正，即對(duì)CCU 上的后退駕駛模式的建立條件進(jìn)行修正。

變更前的邏輯原理如圖3 所示，“牽引方向”“司機(jī)臺(tái)有效”信號(hào)同時(shí)建立后，CCU 會(huì)建立起后退駕駛模式。

圖3 變更前邏輯原理圖

變更后的邏輯原理如圖4 所示，“牽引方向”“司機(jī)臺(tái)有效”的邏輯沒(méi)有變更，后退駕駛模式的建立增加一個(gè)條件“司控手柄牽引位”，即司控器需要置于牽引位置。

圖4 變更后邏輯原理圖

4 應(yīng)用與成效

4.1 變更邏輯的應(yīng)用

應(yīng)用對(duì)象為DKZ33 型和BDK04 型電動(dòng)客車(chē)共計(jì)38列，隨機(jī)抽取1 組車(chē)輛進(jìn)行變更邏輯的試驗(yàn)，包括車(chē)輛的靜態(tài)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)、試車(chē)線(xiàn)試驗(yàn)和正線(xiàn)試驗(yàn)，以確保變更后的邏輯運(yùn)行穩(wěn)定，滿(mǎn)足車(chē)輛載客安全運(yùn)行。

2022 年10 月28 日開(kāi)始應(yīng)用變更后的邏輯，截至2022 年11 月28日，列車(chē)平均 運(yùn)行10000公里，對(duì)運(yùn)行期間車(chē)輛是否存在牽引加速不良的故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，共計(jì)開(kāi)行150 列次，未發(fā)現(xiàn)車(chē)輛再次出現(xiàn)加速不良情況。

2022 年12 月1 日對(duì)剩余37 組列車(chē)進(jìn)行變更邏輯刷新，截至2023 年1 月1日，共計(jì)開(kāi)行約4800列次，均未發(fā)現(xiàn)車(chē)輛再次出現(xiàn)加速不良情況。

4.2 應(yīng)用成效

通過(guò)修正程序邏輯，車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)控制趨于穩(wěn)定，更符合時(shí)效性更高的地鐵運(yùn)營(yíng)需求，且經(jīng)過(guò)修正，網(wǎng)絡(luò)控制更具經(jīng)濟(jì)性、高效性和安全性，提高了維修部門(mén)的維護(hù)效率，減少了車(chē)輛故障，提高了行車(chē)質(zhì)量，為乘客提供了更加安全舒適的乘坐體驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

地鐵車(chē)輛維修是軌道交通維護(hù)的核心內(nèi)容。以車(chē)輛故障及原理分析為切入點(diǎn)，通過(guò)事件記錄分析和試驗(yàn)驗(yàn)證程序邏輯存在缺陷，嘗試新的可行性維修方案，即修正網(wǎng)絡(luò)控制邏輯，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了變更邏輯在車(chē)輛維護(hù)方面更具時(shí)效性、準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

軌道交通車(chē)輛維護(hù)涉及面較廣，除DKZ33 型電動(dòng)客車(chē)牽引加速不良外，還有其他問(wèn)題需要進(jìn)一步研究解決，如車(chē)輛牽引無(wú)流、車(chē)輛制動(dòng)不緩解等，都可以考慮修正控制邏輯，從而提高電動(dòng)客車(chē)的運(yùn)行穩(wěn)定性。此外，需要不斷進(jìn)行技術(shù)總結(jié)，進(jìn)而為軌道交通車(chē)輛維護(hù)提供更合理的方案，促進(jìn)軌道交通的發(fā)展。