地鐵車輛電氣牽引系統的電氣控制及輔助系統的故障檢修

彭勇頑

摘 要：隨著地鐵線路的不斷擴增，對城市交通及經濟作出了巨大貢獻，緩解了地面交通的壓力，激活城市經濟發展活力。地鐵車輛電氣控制作為整個地鐵牽引系統的核心，對電氣控制技術的發展直接影響著地鐵牽引系統的運行狀況。在地鐵的運行過程中，其電氣系統對整個運行線路的安全及效率起到直接影響，因此，只有確保地鐵車輛牽引系統的穩定運行，才能夠使地鐵安全、平穩的運行。本文主要對地鐵車輛的電氣牽引系統中的電氣控制及輔助系統故障檢修進行簡要探討，供同行借鑒參考。

關鍵詞：地鐵車輛；電氣牽引系統；電氣控制；故障與檢修

1.地鐵車輛電氣牽引系統的構成

地鐵車輛的牽引系統主要由避雷器（LP）、制動電阻（BR）、牽引逆變器（VVVF）、含HSCB的高壓箱（HV）、牽引電動機（MOTOR）及受電弓（PAN）等部件組成，其中高壓箱主要是由高速斷路器、充電設備及其主隔離開關組成。一般地鐵車輛上都配有兩個受電弓，之所以要配備兩個受電弓，就是為了防止地鐵在運行的過程中一個受電弓出現故障，另一臺受電弓依然能夠正常的運行，以提供車輛正常運行需要的高電壓。在地鐵車輛的牽引控制系統內，還配備有牽引逆變器，與牽引逆變器相連的一端有相應的支撐電容，通過這樣的一個支撐電容，能夠有效地保障逆變器輸出電壓的穩定程度，同時在地鐵的運行過程中也能夠起到一個能量緩沖的作用。除此之外，在地鐵車輛牽引系統中，還有著濾波電抗器，它與電容能夠共同構成一個維持電壓穩定的裝置，進而使逆變器能夠穩定的工作。

2.地鐵運行過程中的安全保障

對地鐵車輛的牽引是通過一系列的設備和電路來完成的，系統的正常運行離不開這些設備和電路的正常運行，在這么多的設備和電路之中，制動設備對列車減速和停車是必不可少的，列車每當需要減速或者靠站時，都需要通過制動設備來對其進行減速，所以制動設備的穩定運行，對保障車輛的安全運行以及市民乘坐車輛的舒適程度有著至關重要的作用。一般情況下，在城市軌道交通的運行過程中，制動設備都是采用電制動的方式，具體的形式包括再生制動和電阻制動，同時還可以用機械制動來輔助，只要能夠對地鐵車輛進行一個全方位的制動保障。通過對制動系統的有效使用，對列車運行的速度進行合理的控制，對列車的制動力進行一個完整的調整，進而使車輛在運行的過程中能夠安全穩定的停靠，還大大減少了列車停止時的噪音。機械制動的方式主要采用壓縮空氣作為動力來進行制動，而再生制動和電阻制動都是通過鐵路制動電磁鐵及軌道電磁制動器，在制動的過程中，將車輛的動能轉化為電能，轉化到電網之中，從而提供給其他車輛制動用的電能，從而完成車輛的制動。

3.地鐵車輛電氣牽引系統的電氣控制

3.1地鐵車輛牽引系統的交流電傳動控制

在地鐵車輛的牽引技術之中，牽引變流技術是一種非常重要的技術，是所有地鐵車輛中都必須采用的一種技術。牽引變流技術是以功率較大的半導體器件作為基礎，除了牽引變流技術之外，常用的牽引技術還有疊壓低感母排技術、光纖傳輸與隔離技術以及冷卻技術等等。通過對這些技術的有效運用，能夠更加有效地保障地鐵車輛在運行過程中牽引力的持續提供，同時又能夠完成直流能量的有效轉換。在運行的過程中，通過將水作為轉變的媒介，然后再通過自然管和風冷卻技術，使得整個牽引過程中變得更加高效便捷，也使得整個系統的運行負荷有一個很大的提高。

除了地鐵運行過程中牽引變流技術之外，交流傳動技術也為地鐵車輛電氣系統的安全運行提供了更加有效地保障。什么是交流傳動控制技術呢？實際上就是基于逆變器的一種集合技術，從而實現了對電流交互影響的控制，因為在地鐵運行的過程中，很多線路的運行還存在著很大的問題，通過對這種技術的有效運用，能夠使地鐵運行過程中存在的問題得到有效的解決。

3.2牽引控制

在地鐵車輛的實際運行過程中，控制器和制動裝置往往會對牽引逆變器發出一定的指令，牽引逆變器通過接受這些指令做出一定的判斷，進而實現對地鐵車輛的牽引控制。但是在地鐵車輛的運行過程中，對車速的控制因素往往是多方面的，如果說車輛的速度超出了一定的范圍，即使司機控制器沒有發出相應的指令，列車運行的速度也會受著其他系統的調整，并且對牽引力的輸出做出封鎖。只有當車輛的運行速度恢復到正常的車速范圍之內，封鎖才會解除。當車輛在運行過程中遇到坡道時，往往會提高加速的功能，使得車輛獲得相應的加速度，保證車輛的正常運行。

4.地鐵車輛電氣系統中輔助系統的故障與檢修

4.1 輔助系統故障的主要表現

4.1.1 電容器故障

為了對地鐵車輛的工作電壓起到穩定作用，通常會在逆變器內部設置鋁電解電容器。其中，氧化膜容易在電容運行過程中出現損壞，盡管氧化膜可以自我修復，但是損壞速度遠大于恢復速度，所以會增加氧化膜被擊穿的概率，導致電容器失去作用。

4.1.2 電力半導體器件故障

對于逆變器而言，其通常在具有強烈的電浪涌環境下進行工作，而一旦電力半導體器件出現失效，則難免會對逆變器的工作狀態造成影響，甚至導致其出現失效情況。此外，電力半導體器件的保護在設計過程中通常不被重點關注，所以增加了電力半導體器件出現失效問題的概率。

4.1.3 弱電半導體器件故障

逆變器的工作狀態與其內部的弱電半導體單元有著直接聯系，如果其中一個弱電半導體單元出現問題，則會影響逆變器的整體功能。其中，內部因素與外部因素是導致逆變器出現問題的主要原因。內部因素指的是逆變器的固有特性出現的變化，而外部因素則是由于外部因素的影響而形成的故障，主要包括溫度失效、機械過應力失效、靜電損傷失效、過電應力失效、濕度失效等。

4.2 輔助系統的故障檢修

在現階段，通過神經網絡故障診斷方法可以對輔助系統中出現故障的原因進行有效的判斷，具體實施過程如下所述：首先是神經網絡的創建，詳盡的采集地鐵車輛電氣系統中輔助系統的各類信息樣本，隨后將采集到的信息輸送至沒有經過訓練的神經網絡當中，此時的神經網絡便會對數據樣本信息進行必要的ANN訓練，并且在訓練過程中可以指定出更為科學合理的解決方案，以便更有效的獲得有關的診斷網絡。與此同時，診斷的作用可以為故障檢修的順利的開展提供重要的參考的作用。其次是完成網絡診斷，對于網絡診斷來講，其主要是將神經網絡的計算過程進行充分的體現，并且系統完成相應的診斷過程需要根據診斷網絡的輸入方可進行，同時會根據故障的特點進行預先的處理和提取，隨后將會有效的處理輔助系統的信息樣本和故障數據，最后則是會在搭建完成神經網絡之中完成。

5.結語

要想讓整個地鐵系統做到正常的運轉，電氣牽引系統是重中之重，因為他在地鐵車輛的運行過程中發揮著至關重要的作用。通過對該系統的控制來實現對地鐵整個牽引力的控制，對維持地鐵的安全運行有著至關重要的作用。

參考文獻

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（作者單位：深圳市地鐵集團有限公司運營總部）