中低速磁浮交通典型故障狀態(tài)研究

李艷+馬衛(wèi)華

摘 要：中低速磁浮是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，也是目前城市軌道交通中最先進(jìn)的技術(shù)。它具有環(huán)保、安全性高、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于城市市區(qū)、近距離城市間和旅游景區(qū)的交通連接，可替代輕軌和地鐵。為了維護(hù)廣大人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全、確保中低速磁浮列車運(yùn)營(yíng)的安全、進(jìn)一步完善突發(fā)事件應(yīng)急體系，需對(duì)中低速磁浮列車運(yùn)營(yíng)中可能出現(xiàn)的典型故障狀態(tài)進(jìn)行研究分析，維護(hù)軌道交通的運(yùn)行秩序以及社會(huì)的穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：中低速磁浮交通；故障狀態(tài)；車輛系統(tǒng)故障；軌道系統(tǒng)故障

中圖分類號(hào)：U237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）01-0083-01

1 引言

中低速磁浮交通近年來(lái)在我國(guó)快速發(fā)展。目前，長(zhǎng)沙高鐵南站-黃花機(jī)場(chǎng)線已首次實(shí)現(xiàn)中低速磁浮在國(guó)內(nèi)的商業(yè)運(yùn)營(yíng)。為保證中低速磁浮系統(tǒng)的安全運(yùn)行，系統(tǒng)的對(duì)其故障狀態(tài)進(jìn)行分析是非常必要的。中低速磁浮交通系統(tǒng)的主要故障主要源于車輛系統(tǒng)及軌道線路系統(tǒng)等方面。對(duì)于車輛系統(tǒng)，主要危險(xiǎn)源有各部位的機(jī)械故障、電氣系統(tǒng)故障、制動(dòng)系統(tǒng)故障、車門系統(tǒng)故障燈、控制系統(tǒng)失常和人為破壞等，包括由此引發(fā)的列車相撞、火災(zāi)、擁擠踩踏等。對(duì)于線路系統(tǒng)，主要危險(xiǎn)源有道岔失聯(lián)、線路脹軌、線路斷裂、線路下沉和軌行區(qū)異物侵限等，以及由此造成的列車相撞、線路斷裂、脹軌跑道、列車無(wú)法運(yùn)行等。

2 車輛的典型故障

2.1 動(dòng)力丟失故障

中低速磁浮列車采用直線電機(jī)，在車上安裝三相電樞繞組，軌道上安裝感應(yīng)軌，即把電動(dòng)機(jī)的“定子”布置在列車上，把電動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)子”鋪設(shè)在軌道上。通過(guò)“定子”“轉(zhuǎn)子”間的相互作用，將電能轉(zhuǎn)化為前進(jìn)的動(dòng)能。

中低速磁浮列車的動(dòng)力丟失故障一般由直線電機(jī)故障或牽引系統(tǒng)故障引起。牽引系統(tǒng)中高壓柜和低壓柜的任意一個(gè)電器元件故障都有可能引起動(dòng)力丟失故障，如斷路器故障、逆變模塊故障等。發(fā)生動(dòng)力丟失故障后，列車一般能夠保持懸浮，只是失去前進(jìn)的動(dòng)力。依照動(dòng)力丟失程度的不同，如1/3動(dòng)力損失、1/2動(dòng)力損失等，可有不同的列車救援方式。

2.2 懸浮功能故障

中低速磁浮列車采用電磁浮系統(tǒng)（EMS），它是一種吸力懸浮系統(tǒng)，其利用裝在車輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的常導(dǎo)電磁鐵和鋪設(shè)在線路導(dǎo)軌上的磁鐵，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的排斥力使車輛浮起，車輛和軌面之間的間隙與排斥力的大小成反比。懸浮系統(tǒng)主要包括懸浮電磁鐵、傳感器和懸浮控制系統(tǒng)，懸浮控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器測(cè)得到間隙與加速度信號(hào)，通過(guò)控制懸浮電磁鐵電流的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮氣隙的調(diào)節(jié)和控制。中低速磁浮列車依靠懸浮架的電磁鐵通電后與軌道F型軌的磁極間產(chǎn)生的電磁吸引力實(shí)現(xiàn)懸浮，每組電磁鐵都由對(duì)應(yīng)的獨(dú)立懸浮控制器控制其懸浮。每節(jié)車廂下布置有3個(gè)懸浮架，每個(gè)懸浮架之間采用機(jī)械解耦方式連接。每個(gè)懸浮架左右兩側(cè)各有4個(gè)電磁鐵線圈，分為兩組控制，即每個(gè)轉(zhuǎn)向架的懸浮控制由4組電磁鐵線圈實(shí)現(xiàn)，每個(gè)懸浮架有4個(gè)懸浮控制點(diǎn)，每一個(gè)懸浮控制點(diǎn)的控制由兩個(gè)電磁鐵線圈和一套懸浮控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

懸浮功能的典型故障有懸浮控制器故障、間隙傳感器故障和懸浮電磁鐵故障。根據(jù)故障的嚴(yán)重程度不同，列車可能完全失去懸浮能力，也可能可以完成懸浮但需要降低功率。若列車完全失去懸浮能力，則需要列車放下應(yīng)急支撐輪輔助救援或者救援列車前往救援。

2.3 車輛電氣設(shè)備故障

中低速磁浮列車中的車載電氣系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)磁浮列車的懸浮、導(dǎo)向、牽引、控制診斷和測(cè)速定位功能。該系統(tǒng)包括下列各子系統(tǒng)：懸浮系統(tǒng)、測(cè)速定位系統(tǒng)、牽引制動(dòng)系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)控制診斷系統(tǒng)。

中低速磁浮列車車輛電氣設(shè)備都有可能發(fā)生故障，一旦某一電氣設(shè)備發(fā)生故障，則會(huì)影響其相應(yīng)系統(tǒng)的正常運(yùn)作，嚴(yán)重的情況下會(huì)造成列車無(wú)法懸浮運(yùn)行，甚至造成火災(zāi)等嚴(yán)重事故，對(duì)乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。

2.4 車輛沖突事故

列車沖突，指列車、機(jī)車、車輛（包括軌道起重機(jī)）動(dòng)車、重型軌道車相互間或與設(shè)備（如車庫(kù)、站臺(tái)、車檔等）輕型車輛發(fā)生沖撞導(dǎo)致機(jī)車、車輛、動(dòng)車、重型軌道車破損。

中低速磁浮列車沖突屬于行車事故，一旦列車發(fā)生沖突，將中斷區(qū)間行車。其情況按照事故發(fā)生地點(diǎn)可分為正線沖突與車場(chǎng)沖突；按照事故發(fā)生的位置可分為正面沖突、側(cè)面沖突和追尾。

3 軌道線路的典型故障

（1）線路脹軌。線路脹軌是因線路在溫升較大時(shí)，F(xiàn)軌內(nèi)部積存巨大的溫度壓力，而可能導(dǎo)致軌縫瞎縫、軌排小碎彎，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致F軌線路幾何尺寸狀態(tài)嚴(yán)重不良、脹軌跑道，列車無(wú)法運(yùn)行，磁浮線路運(yùn)營(yíng)中斷。可將該故障分為一般級(jí)和較大級(jí)兩個(gè)級(jí)別，其中一般級(jí)的脹軌發(fā)生在車輛段線路上，不影響列車投入正線運(yùn)行，或者發(fā)生在正線，但是情況輕微不會(huì)影響列車正常運(yùn)營(yíng)；較大級(jí)的脹軌發(fā)生在正線線路上，脹軌跑道導(dǎo)致線路幾何尺寸狀態(tài)嚴(yán)重不良，列車無(wú)法運(yùn)行。

（2）線路斷裂下沉。線路結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載和其他作用的影響下處于某種平衡，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件由于平衡形式的不穩(wěn)定性，從初始平衡位置轉(zhuǎn)變到另一平衡位置，稱為失穩(wěn)。運(yùn)營(yíng)線路結(jié)構(gòu)失穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致線路下沉、斷裂，從而造成磁浮線路運(yùn)營(yíng)中斷。可將該故障分為一般級(jí)和較大級(jí)兩個(gè)級(jí)別，其中一般級(jí)的線路斷裂下沉為發(fā)生在線路主體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)上的較大裂縫，經(jīng)綜合檢修工班修復(fù)，線路能快速恢復(fù)運(yùn)營(yíng)；較大級(jí)的線路斷裂下沉為發(fā)生在線路主體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)上的通縫或沉降數(shù)據(jù)異常，將危及線路設(shè)施設(shè)備、車體設(shè)備以及人員安全，線路無(wú)法正常運(yùn)營(yíng)。

（3）道岔失聯(lián)。道岔在正常狀態(tài)或轉(zhuǎn)換后失去表示時(shí)，信號(hào)樓控制臺(tái)顯示道岔編號(hào)和岔尖紅閃。故障發(fā)生后行調(diào)應(yīng)對(duì)故障道岔進(jìn)行轉(zhuǎn)換試驗(yàn)，向不同位置轉(zhuǎn)換2次仍不能恢復(fù)正常時(shí)，行調(diào)通過(guò)ATS工作站查看報(bào)警信息，如報(bào)警有“連接中斷”等信息，則按道岔失聯(lián)故障處理。道岔故障時(shí)，中央ATS工作站操作權(quán)下放到故障車站，在未正式下放前仍由OCC負(fù)責(zé)操作，OCC/DCC須及時(shí)組織相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行搶修，其它等級(jí)故障視情況決定是否組織搶修。

（4）軌行區(qū)異物侵限。因受天氣、人為等因素的影響，磁浮線路易發(fā)生異物侵入磁浮行車限界事件，對(duì)運(yùn)營(yíng)造成較大的影響。司機(jī)在駕駛列車行駛過(guò)程中發(fā)現(xiàn)軌行區(qū)出現(xiàn)可能影響行車的異物，或者巡道人員發(fā)現(xiàn)軌行區(qū)出現(xiàn)異物，應(yīng)根據(jù)相關(guān)應(yīng)急處理程序?qū)α熊嚒⒕€路設(shè)備和其它軌行區(qū)設(shè)備進(jìn)行檢查確認(rèn)，并將檢查情況及時(shí)報(bào)告控制中心；控制中心根據(jù)情況啟動(dòng)相關(guān)應(yīng)急處理程序。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從故障來(lái)源來(lái)講，中低速磁浮交通系統(tǒng)的主要故障主要源于車輛系統(tǒng)及軌道線路系統(tǒng)等方面。對(duì)于車輛系統(tǒng)，主要故障來(lái)源有各部位的機(jī)械故障、電氣系統(tǒng)故障、制動(dòng)系統(tǒng)故障、車門系統(tǒng)故障燈、控制系統(tǒng)等。對(duì)于線路系統(tǒng)，主要故障來(lái)源有道岔失聯(lián)、線路脹軌、線路斷裂、線路下沉和軌行區(qū)異物侵限等，以及由此造成的列車相撞、線路斷裂、脹軌跑道、列車無(wú)法運(yùn)行等。本文清晰明確的分析中低速磁懸浮交通系統(tǒng)的故障，并分別從車輛系統(tǒng)以及軌道系統(tǒng)入手，梳理了故障方式及來(lái)源，對(duì)中低速磁浮交通的安全運(yùn)營(yíng)，保障乘客的安全具有重要意義。

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