廣州APM線列車牽引電機(jī)過(guò)熱故障分析

摘 要：APM列車按通常救援操作規(guī)程斷開牽引回路后的拖拽過(guò)程中，電機(jī)發(fā)生了過(guò)熱事件。為了查明該原因，廣州地鐵相關(guān)部門聯(lián)合供貨商對(duì)此事件進(jìn)行了深入分析，并依此修改了救援規(guī)程。

關(guān)鍵詞：APM列車；牽引電機(jī)

中圖分類號(hào)：U270.38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）8-0094-02

1 綜述

廣州珠江新城旅客自動(dòng)輸送系統(tǒng)（后文簡(jiǎn)稱“APM線”）全長(zhǎng)4 km，配備7列2節(jié)編組的CX-100列車，該車使用膠輪運(yùn)行，采用車底的集電靴從供電軌獲取600 V交流牽引供電。APM線運(yùn)營(yíng)時(shí)間為07：00～23：00，平峰上線4列行車周期6 min30 s，高峰上線5列行車周期5 min12 s，工作日高峰為08：00～09：30，節(jié)假日高峰為13：30～19：30。

2 故障經(jīng)過(guò)

2013年4月9日，APM線T204（03+04）車因“換向失敗”故障暫存與林和西站上行站臺(tái)，等待運(yùn)營(yíng)結(jié)束后進(jìn)行處理。按該類故障的正常處理規(guī)程，失去動(dòng)力的故障列車應(yīng)在確認(rèn)切除其與供電系統(tǒng)、救援列車的電氣連接后，由救援列車將其拖拽回廣州塔車場(chǎng)進(jìn)行檢查處理。

當(dāng)日運(yùn)營(yíng)結(jié)束后，在4月10日凌晨，運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員確定T204（03+04）列車中發(fā)生換向故障的列車為04車后，按救援規(guī)程的要求斷開04車的牽引與供電回路（此時(shí)集電靴還是與供電軌接觸的，只是斷開了牽引與供電回路之間的開關(guān)，使供電軌的電流無(wú)法送到牽引系統(tǒng)），并斷開了04車與03車的車鉤電氣連接，然后手動(dòng)緩解了04車制動(dòng)系統(tǒng)。

在隨后拖行04列車的過(guò)程中，發(fā)生了如下問(wèn)題：拖行至林和西至體育中心南區(qū)間時(shí)，03車駕駛員發(fā)現(xiàn)列車突然生成制動(dòng)力（類似施加了彈簧制動(dòng)）速度降到3 km//h，列車?yán)^續(xù)在低速下拖行10 min后，在03車1號(hào)端車輪周圍發(fā)現(xiàn)了燒焦味和煙霧。將列車停在體育中心南站，檢查了制動(dòng)轂和閘瓦，集電靴，車輪和導(dǎo)輪，結(jié)果均為正常。救援小組將現(xiàn)場(chǎng)情況通報(bào)控制中心并進(jìn)行協(xié)商后，初步判定車底設(shè)備過(guò)熱應(yīng)由拖行導(dǎo)致，為避免車底設(shè)備溫度上升到危險(xiǎn)的程度，決定救援編組每經(jīng)過(guò)一個(gè)站需停5 min使車底設(shè)備散熱，并將拖行速度控制在1 km/h左右以避免溫度上升過(guò)快。

在此次救援拖行初期一切正常，但行進(jìn)二十余米后，故障列車會(huì)突然生出拖行阻力？為什么阻力越來(lái)越大？是什么設(shè)備過(guò)熱產(chǎn)生了煙霧散發(fā)出焦糊味？待救援列車回廠后，我們立即組織進(jìn)行了車底檢查，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)閘瓦除了正常磨損一切正常，輪胎表面正常磨耗也無(wú)異狀，但牽引電機(jī)勵(lì)磁線圈表面已經(jīng)燒結(jié)、碳化。

3 故障分析

我們針對(duì)故障經(jīng)過(guò)和檢查結(jié)果進(jìn)行了階段性小結(jié)：此次煙霧及焦糊味并非制動(dòng)裝置和輪胎發(fā)生過(guò)熱，而是由于故障列車車底電機(jī)過(guò)熱，電機(jī)過(guò)熱的原因極有可能是電機(jī)相關(guān)的線路上產(chǎn)生了過(guò)大的電流。

切斷了故障列車的供電輸入后，造成電機(jī)過(guò)熱的電流是從哪里來(lái)的？為此我們對(duì)本次故障的發(fā)生的經(jīng)過(guò)進(jìn)行了整理，并APM列車的電機(jī)及其相關(guān)的電路進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)造成該問(wèn)題的根本原因如下。

3.1 本次救援與以往救援的區(qū)別

通過(guò)對(duì)比以往救援記錄及救援操作規(guī)程，我們發(fā)現(xiàn)本次與以往救援不同之處在于——在救援開始前，故障列車發(fā)生了“換向失敗”故障。從事后檢查中發(fā)現(xiàn)LS接觸器的主觸頭燒結(jié)（如圖1右，P1和P2節(jié)點(diǎn)閉合），滅弧線圈表面已經(jīng)融化，P1、P2主觸頭有拉弧燒焦痕跡。當(dāng)LS在“閉合”位燒結(jié)，LS常閉觸點(diǎn)3-4和7-8將會(huì)打開，導(dǎo)致LS1/LS2線圈無(wú)法得電，LS1/LS2觸點(diǎn)常開。

當(dāng)LS1/LS2觸點(diǎn)常開時(shí)（如圖2中紅圈位置），換向器FWD/REV線圈（換向線圈，如圖二中紅框位置）無(wú)法受電，導(dǎo)致?lián)Q向器維持在接觸器燒結(jié)時(shí)的位置（例如在本次事件中，故障列車的換向器就被固定在了FWD前進(jìn)位），如圖二。在這種情況下如果進(jìn)行列車換向操作，將導(dǎo)致牽引關(guān)閉列車線打開，觸發(fā)“安全致關(guān)零速保護(hù)信號(hào)丟失”、“換向失敗”報(bào)警，最終導(dǎo)致列車出現(xiàn)“換向器故障”。

3.2 故障列車“產(chǎn)生阻力”及“電機(jī)過(guò)熱”的原因

LS燒結(jié)的另一個(gè)影響是形成了一個(gè)電機(jī)內(nèi)勵(lì)磁回路（如圖3中的綠色線路所示）和一個(gè)拖車回路（如圖3中的紅色線路所示）。

因?yàn)闋恳姍C(jī)不可避免的存在剩磁，所以當(dāng)故障列車往后退位（REV）方向移動(dòng)時(shí)，牽引電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)切割磁力線就在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生了勵(lì)磁電流，而持續(xù)產(chǎn)生的電流又造成電樞與勵(lì)磁線圈之間的磁通量進(jìn)一步增加，這就使?fàn)恳姍C(jī)在FWD（前進(jìn)位）方向產(chǎn)生了力矩及功率。因此牽引電機(jī)變成了發(fā)電機(jī)，持續(xù)不斷的將救援列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能，并將生成的電流輸出到拖車回路中，其傳輸方向受限于晶閘管D4僅能逆時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)。

綜上所述，隨著故障車電機(jī)在拖行中持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，勵(lì)磁回路（綠色線路）中生了電流形成了與電樞運(yùn)動(dòng)方向相反的力矩，這會(huì)降低電樞的速度并增大通過(guò)電樞和勵(lì)磁線圈的電流，該力矩限制了電機(jī)并降低列車的速度，使得救援列車幾乎難以移動(dòng)；而且故障車電機(jī)持續(xù)生成的電流進(jìn)入拖車回路（紅色線路）中，造成電樞和勵(lì)磁線圈在持續(xù)的高電流環(huán)境下工作，最終導(dǎo)致了電機(jī)場(chǎng)線圈表面燒結(jié)、碳化。

4 應(yīng)對(duì)措施

4.1 故障處理

通過(guò)對(duì)過(guò)熱電機(jī)進(jìn)行了一系列詳細(xì)檢查后，雖然過(guò)熱電機(jī)絕緣電阻值測(cè)試正常、控制回路的部件（晶閘管，二極管，電容器）均為正常，但勵(lì)磁繞組部分線圈電纜已經(jīng)斷開或燒結(jié)、絕緣層有碳化痕跡，為對(duì)電機(jī)做深度維修檢測(cè)，我們更換了故障車的兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行返廠修理。

4.2 修改救援規(guī)程

為了避免再次因?yàn)長(zhǎng)S接觸器主觸頭燒結(jié)，導(dǎo)致牽引電機(jī)過(guò)熱，我們修改了今后的拖車救援規(guī)程：

①在準(zhǔn)備拖車前，先切斷故障列車外部供電，并檢查其LS主接觸器的狀態(tài)。

②如果LS接觸器主觸頭狀態(tài)為斷開，則斷開低壓斷路器BCB1和BCB2后，就可以開始拖故障車。

③如果發(fā)現(xiàn)LS接觸器主觸頭燒結(jié)，應(yīng)嘗試用力把它們打開。

④如果打開主觸頭失敗，則使用絕緣材料塞進(jìn)電機(jī)換向器的接觸器之間，然后斷開低壓斷路器BCB1和BCB2。然后就可以開始拖故障車。

5 結(jié) 語(yǔ)

APM列車電機(jī)從開通以來(lái)首次發(fā)生過(guò)熱事件，通過(guò)對(duì)此次事件的分析我們更進(jìn)一步加深了對(duì)牽引控制相關(guān)回路的理解，完善了列車救援規(guī)程，為今后處理類似故障掃清了道路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張牽.廣州地鐵APM線600 V牽引供電系統(tǒng)介紹及典型故障分析[J].科技致富向?qū)В?013，（15）.