深圳地鐵3號線電客車緊急牽引功能電路改造

熊哲輝,宋 福

(深圳市地鐵3號線投資有限公司,廣東深圳518173)

深圳地鐵3號線電客車控制診斷系統(TCDS)設計時考慮了備份模式,即正常情況下列車的牽引、制動等指令通過網絡進行傳輸,此時列車控制診斷系統(TCDS)對列車各項功能進行控制與診斷,當列車網絡故障,無法傳輸相關指令時,可選擇緊急運行(EO)備份模式,列車可限速25 km/h運行。但在列車調試過程中,對緊急運行模式進行試驗,發現緊急牽引運行功能無法實現。如果電客車沒有緊急運行備用模式,一旦列車發生網絡故障,則列車無法依靠自身動力牽引運行,將造成列車救援事故,給全線列車的正點運行造成巨大的影響。

1 列車緊急牽引功能介紹

(1)列車網絡功能正常時牽引、制動控制

列車TCDS網絡正常時,列車的牽引、制動控制由網絡控制。TCDS網絡計算機采集列車的各種狀態和安全數據,對列車進行控制和診斷。列車停車時(列車速度小于1 km/h),自動施加保持制動,列車起動時,隨著電機牽引力矩的上升,保持制動力呈反比下降,列車速度達到2 km/h時,保持制動全部緩解,列車實現牽引運行(見圖1)。

圖1 列車網絡功能正常時牽引/制動控制圖

(2)列車網絡故障,緊急牽引模式下的牽引制動控制

當列車控制與診斷系統(TCDS)故障時,列車設有緊急牽引(即EO模式)控制。實現方法是按下“緊急運行”按鈕,列車控制系統通過硬線傳輸高電平信號(DC110 V)到牽引控制單元(VVVF)和制動單元(BECU),同時緊急牽引繼電器(EMOPR)得電,該繼電器的常開觸點閉合后,將緊急運行信號反饋至列車控制診斷系統,以屏蔽控制診斷系統發出所有指令,此時列車完全依靠6條硬線來控制列車運行。6條硬線分別是向前指令線、向后指令線、牽引指令線、50%制動指令線、100%制動指令線、緊急運行模式指令線。緊急牽引模式下牽引逆變器(VVVF)和制動系統(BECU)的控制單元均采用備份軟件對列車牽引、制動進行控制,此模式下列車由VVVF系統控制軟件限速25 km/h,同時列車具有100%一級牽引力,50%,100%兩級制動力。

2 緊急牽引功能存在的問題分析

列車在調試時,發現緊急運行功能無法實現,問題存在于牽引指令電路上(見圖2)。

牽引指令電路在正常情況下,列車司機主控手柄在牽引位時,2123線得電,門選開關(8SC1)打“0”位,2124線得電,緊急制動環路建立(即緊急環路繼電器常開觸點EBAPR1閉合),2125線得電,門關好回路建立(所有門關閉繼電器常開觸點DCR1閉合或門旁路按鈕DCBPS被按下),2127線得電,列車未制動即BNRR繼電器常閉觸點未動作,列車未施加停放制動即PBRR繼電器得電常開觸點閉合,或者制動旁路按鈕BNBPS按下情況下,2129線得電,發出牽引指令高電平(DC110 V),并送到每節動車的牽引系統控制單元,列車即能緊急牽引運行。

圖2 牽引指令傳輸電路圖

列車在調試過程中,發現牽引指令不能正常送出,2129線無高電平輸出。電路存在的問題是由于制動不緩解繼電器得電,常閉觸點處于斷開狀態,使牽引指令無法送出。列車不緩解繼電器得電,是由于列車在停車時,施加保持制動,列車處于制動狀態,即列車未緩解情況下,制動不緩解繼電器是得電動作的,所以常閉觸點BNRR斷開,使牽引指令無法送出,列車無法實現緊急牽引功能。

從電路上分析和試驗運行中發現,按壓制動旁路按扭BNBPS時,不論常閉觸點BNRR是否斷開,2129線都可以送出牽引指令,列車可以實現緊急運行牽引,但制動旁路按鈕直接短接了制動不緩解繼電器常閉觸點BNRR和停放制動繼電器常開觸點PBRR,當制動系統故障導致列車在制動不緩解時,或司機在未確認停放制動已施加的情況下推牽引手柄牽引列車時,將會造成列車輪對擦傷等嚴重事故。所以,一般情況下要謹慎使用制動旁路按鈕(BNBPS)。因此,須對牽引指令電路進行改進,以實現緊急牽引運行功能。

3 技術改造方案

根據上述緊急牽引功能存在問題分析,改造方案是在制動不緩解繼電器常閉觸點BNRR上并聯一個延時斷開型繼電器常開觸點5SDR4(圖3),這個延時斷開型繼電器5SDR4由制動電路的5 km/h零速信號線控制(見圖4)。

圖3 5SDR4的電路分析圖

圖4 繼電器5SDR4接線圖

由于列車停車時,5 km/h零速信號線為高電平(DC110 V),延時繼電器 5SDR4得電,其常開觸點5SDR4閉合,當列車牽引動車時5 km/h零速信號線為低電平,延時斷開型繼電器5SDR4延時4 s(可調)后斷開。即當列車在開始起動時,由于保持制動尚未緩解,制動不緩解繼電器常閉觸點處于斷開狀態,牽引指令可經延時斷開型繼電器5SDR4觸點上通過,4 s內列車速度已超過2 km/h時,保持制動已全部緩解(由制動控制單元自動控制),制動不緩解繼電器失電,常閉觸點閉合,牽引控制指令從制動不緩解繼電器常閉觸點BNRR上通過,使牽引指令不間斷的正常發出,即利用延時斷開型繼電器5SDR4觸點的延時斷開作用,在列車起動時跨接制動不緩解繼電器BNRR常閉觸點,避免了列車在起動時由于保持制動未緩解,制動不緩解繼電器BNRR常閉觸點斷開而使牽引指令無法發出的問題,從而實現列車緊急牽引功能。

4 緊急牽引功能改造后的效果

深圳市地鐵3號線24列地鐵電客車緊急牽引功能從2010年9月開始進行加裝延時斷開型繼電器的改造(圖5),到2010年12月28日改造全部完成。在試車線對改造后所有列車進行了緊急牽引功能的動態試驗,試驗時按下“緊急運行”按鈕,所有列車均可按原設計要求限速牽引運行。

圖5 延時斷開型繼電器5SDR4安裝圖

列車緊急牽引功能的實現,避免了列車正線運行時,因網絡故障無法牽引而發生被迫救援事故,為深圳地鐵3號線的正常運營秩序提供了重要保障。