地鐵車輛電氣系統及其故障系統研究

魏永青

摘 要：近年來，隨著我國地鐵車輛的日趨完善，乘坐地鐵出行已經成為很多城市居民的首選工具。而地鐵車輛在長期的運行過程中，不可避免地會產生一系列的故障，其中，電氣系統中的故障是最常見的。為此，本文主要就地鐵車輛電氣系統的故障進行相關的研究，以供廣大同仁交流探討。

關鍵詞：地鐵車輛；電氣系統；故障

引 言：城市軌道交通運營是一項較為復雜的系統工程，其安全保障工作涉及眾多設備，而在運營過程中所出現的設備故障中，以電氣設備故障所引發的災害頻率更大、危害性也更高。工作人員如能有效預防或及時找到故障原因，并排除故障，最大限度地消除安全隱患，將能夠更充分滿足地鐵列車的駕駛任務。對提高設備利用率，防止故障的發展惡化和減少經濟損失都具有重大意義。

1 地鐵車輛故障診斷的特點

地鐵車輛屬于電力機車的一種，它擁有非常復雜的動力系統，該系統是由諸多零部件組合而言。地鐵車輛的運行過程具有一定的復雜性、隨機性和動態性，幾乎所有時刻觀察所得的數據都具有不可重復性。從系統論的角度上講，地鐵車輛的故障診斷具有以下幾個方面的特點：

1.1 零部件多、結構復雜，但卻具有非常明顯的層次性。地鐵車輛雖然由若干個零部件組合而成，但是仍然可將其具體分為幾大系統，即電氣系統、機械系統、空氣管路等等，這些系統中又包含了多個子系統，每個子系統都是由諸多零部件組成，由此形成了一個具有分層結構的樹形網路結構。

1.2 故障診斷時需要檢測的參數較多，車載檢測設備有限。由于地鐵車輛本身屬于一個復雜的動態系統，為了能夠準確地對各個子系統的故障進行診斷，需要檢測大量的參數。以電氣系統故障診斷為例，需要檢測的參數包括各個電氣設備的高低電平信號、電氣參數信號等等。在具體診斷時，需要采集相關的信號進行分析處理，從而獲得車輛的故障信息。然而，地鐵車輛在設計時，僅僅考慮了一些常規故障的檢測，車輛上自帶的檢測設備比較有限，無法對所有故障問題進行準確有效的診斷。

1.3 車輛故障具有突發性及緩變性的特點。在對大量的地鐵車輛故障進行分析后發現，很多故障都存在突發性的特點，故障出現的比較突然，幾乎沒有任何明顯的征兆，很難進行準確的預測。同時，還有一些故障具有緩變性的特點，即故障為漸進性的，故障發生后會導致局部功能失效，此類故障一般都可以通過相關的檢測設備進行預測。

1.4 故障診斷的實時性要求較高。通常情況下，地鐵車輛的運行環境較為惡劣，這在一定程度上增大了設備故障的發生幾率，一旦運行中的車輛出現故障，其后果十分嚴重。為此，在車輛運行過程中需要及時發現故障征兆，并在故障初期提醒司機采取有效的措施加以解決處理，從而使故障得以快速排除，確保車輛運行安全。

2 地鐵車輛電氣系統中部件特點

2.1車輛概論

以某地鐵線路為例，該線路采用的是國產化B型車，車輛編組是三動三拖，編組為二車、三車、五車為動車（有牽引電機，可以提供動力），一車、四車、六車為拖車，沒有動力。

列車牽引系統和列車診斷系統采用的是日本三菱公司的產品，制動系統采用的是德國克諾爾公司的控制產品，車門采用的是北京博得公司的產品。

2.2受電弓

DC1500V電源是通過受電弓從架空電網上得到的。受電弓安裝在車頂。電流經由受電弓端子流到車下的高速斷路器（HB）。受電弓通過壓縮空氣進行升降，由電磁閥控制。如果主風缸壓縮空氣壓力過低，升弓泵就會啟動打風，從而將受電弓升起。

2.3高速斷路器

為了使牽引系統與直流1500V供電電源連接或斷開，在每個動車裝有一臺高速斷路器。集成安裝在箱中的主要優點是：可以節省車下空間用于其他設備安裝，并且使HB與外界環境隔離。高速斷路器安裝在受電弓與VVVF（牽引逆變器）之間，能高效地保護由于短路、接地等造成的過流，其保護范圍與變電所保護協調。它的限流特性和高速切斷能力能防止由于短路或過載而引起的損壞。高速斷路器HB的分斷能力是雙向的，所以它能從電網隔離設備也可以在再生制動過程中隔離，并且對地有很高的絕緣等級，高的分斷能力，短的響應時間，不受氣候條件的影響，具有長使用壽命。

2.4制動系統

以某地鐵線路為例，該線路的制動系統主要組成為：空氣壓縮機、網關閥，智能閥等。

該線路電客車的六節編組中，每個車廂都有一個網關閥和一個智能閥，網關閥控制一位端轉向架，智能閥控制二位端轉向架，網關閥負責與列車總線進行通訊。

列車制動系統采用的是電-空混合制動，在列車高速運行中時，如果列車進站需要制動，首先動車的牽引電機將由電動機轉化為發電機，電流通過VVVF（牽引逆變器）變成1500V直流通過HB（高速斷路器）回饋架空電網，此時動車速度降低，但此時動車的閘瓦并沒有動作，而此時由于拖車沒有牽引電機，而列車各個車廂要保持一致的速度，列車控制系統會發出控制命令，拖車的閘瓦接觸踏面，降低拖車的速度，從而使列車各個車廂的速度保持一致，這樣有助于延長車廂之間連接的車鉤壽命。當列車的速度進一步下降，牽引電機的電流達不到網壓時，牽引電機的電流通過制動電阻變成熱量散發掉；列車速度進一步降低時，全列的閘瓦開始動作，這時列車的制動就完全變為空氣制動。

當列車出現緊急情況時，司機控制臺上有專門的緊急制動按鈕，當司機按動緊急制動按鈕時，列車控制系統會直接給出空氣制動的指令，閘瓦迅速動作，從而使列車在短時間內迅速停車。

在列車進站停穩后，列車控制系統會給出保持制動的指令，從而防止電客車溜車。而當司機發車，司控器給出牽引指令后，保持制動自動緩解，無需司機進行任何操作，從而列車建立牽引，可以動車。

3 地鐵車輛電氣系統的故障查詢

當地鐵車輛出現電氣故障不能工作時， 應通過查詢司機故障報單及列車控制系統的故障履歷等了解車輛的各種情況。這是修理地鐵車輛中非常重要的一步，也往往是容易被修理人員忽視的一步。這也是在修理過程中經常容易走彎路的重要原因。地鐵車輛的管理者和司機是最了解車輛狀況的人，向司機和地鐵車輛運用發生故障時的在場人員了解故障時的情況，是列車剛剛啟動時就產生的異常，還是運行一段時間后產生的異常。是明顯存在的故障現象，還是時有時無的故障現象，故障的外部表現，大致部位，發生故障的環境，是否靠近明火或在蒸汽等熱源，有無腐蝕性氣體侵蝕，有無漏水漏液等，這些條件均會使絕緣損壞或是導線或是零件損壞，引起故障。是否有人修理過，有無修理的原始記錄，修理的內容是什么？最好看原始記錄，以便找到合理的途徑，也好對故障進行分割，而找到正確的產生故障的原因，以便采取正確的修理方案。同時，還應了解故障前后車輛的狀態及司機做出了什么應急處理措施，行車調度給出了什么處理意見，故障是是偶然的還是斷續發生的或直到后面發展嚴重的情況，應及時作好記錄，這將有利現在和以后的檢修。

4 結語

總之，為了保證地鐵車輛電氣系統能夠正常運行，應該正確認識電氣系統中的常見故障，并運用相應的檢修手段準確地找出原因，然后采取相應的措施進行處理，保證地鐵車輛整體的可靠性，使地鐵車輛能夠正常、穩定的運行。

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