地鐵車輛電氣系統中牽引及輔助系統故障檢修

潘穎

摘 要：現階段，城市化進程加快，汽車作為重要的代步工具在生活中發揮著重要的作用，從而造成城市擁堵問題的出現，極大的影響人們的出行效率。因此，為了解決越來越嚴重的城市交通擁堵問題，提升城市的環境質量，不斷加大城軌交通的建設力度就顯得極為重要。其中，地鐵作為城軌交通重要的組成部分，已經在我國各大城市中有著普遍的應用，為了提升地鐵車輛的運營效率，需要對地鐵車輛電氣系統中牽引以及輔助系統故障維修方面進行積極的研究，因此，文章將對地鐵車輛電氣系統中牽引及輔助系統故障檢修展開論述。

關鍵詞：地鐵；電氣系統；牽引與輔助系統；故障檢修

中圖分類號：U279.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）11-0095-02

Abstract： At present， the process of urbanization is accelerating， the automobile as an important means of transportation in life plays an important role， resulting in the emergence of urban congestion， and greatly affecting people's travel efficiency. Therefore， in order to solve the problem of more and more serious urban traffic congestion and improve the environmental quality of the city， it is extremely important to continuously increase the construction of urban rail transit. Among them， subway as an important part of urban rail transit， has been widely used in major cities in China. In order to improve the operational efficiency of subway vehicles， it is necessary to do research on traction and auxiliary system fault maintenance in metro vehicle electrical system. Therefore， this paper will discuss the traction and auxiliary system fault maintenance in metro vehicle electrical system.

Keywords： subway； electrical system； traction and auxiliary system； troubleshooting

引言

隨著我國城市交通擁堵問題的逐漸加劇，為了提升人民群眾的出行效率，我國各大中型城市陸續開展了地鐵工程的建設，從而希望其可以有效緩解城市交通壓力。為了保證地鐵車輛運營效率，避免電氣系統中出現相應的故障，有必要對地鐵車輛電氣系統中牽引及輔助系統故障檢修方面進行積極的研究，對于我國軌道交通的發展有著極為重要的意義。

1 地鐵車輛中牽引系統和輔助系統的特點

1.1 地鐵車輛中牽引系統的特點

對于牽引系統而言，其在地鐵車輛電氣系統當中主要包括以下幾方面，即：接地故障檢測系統、牽引逆變器模塊、線路濾波元件、高速斷路器等，下面將對此進行詳細的說明。

1.1.1 線路濾波器

在地鐵車輛當中，為了使電流輸入得更加平滑，避免車輛與接觸網之間出現過大的干擾，并且防止接觸網影響地鐵車輛其他系統的正常工作，需要在地鐵車輛電氣系統當中加入線路濾波器來實現上述目的。

1.1.2 牽引機電

牽引機電采用逆變器供電方式的三相鼠籠式一部交流牽引電動機，通常采用架承式懸掛方式。

1.1.3 牽引逆變器

牽引逆變器的結構形式主要由DUC控制板、GDU單元、逆變橋、制動斬波相、支持電容、過壓保護電阻和其他輔助元件組成。

1.1.4 高速斷路器

為了避免因為接地、短路等原因而導致系統中出現過流現象，可在逆變箱中加入高速斷路器來對地鐵車輛電氣系統進行保護。此外，高速斷路器的保護范圍與變電所的保護范圍具有一致性。

1.2 地鐵車輛中輔助系統的特點

目前，我國地鐵車輛中的輔助系統主要由下列幾部分組成，即：蓄電池組、DC/DC變換器、DC/AC逆變器三部分，對于蓄電池組而言，其主要由數量不等的電池單元所組成。在地鐵車輛電氣系統當中，DC/DC變換器的俗稱便是電池充電池，其作為輔助系統中關鍵的組成部分，可以實現對地鐵車輛的直流供電任務。

在地鐵車輛當中，DC/AC逆變器俗稱為輔助逆變器。其中，DC/AC逆變器可以從架空接觸網中接收電能，以便保證地鐵車輛中空調系統、風扇等交流負載的供電要求。

2 地鐵車輛電氣系統中牽引系統的故障分析與檢修

2.1 地鐵車輛電氣系統中牽引系統的故障分析

在分析地鐵車輛電氣系統中牽引系統故障過程中，可從以下幾方面進行詳盡的分析。

2.1.1 非正常運行狀態

對于地鐵車輛而言，當其處于過載工作狀態下時，其運行狀態便會進入非正常模式。其中，上下班高峰時段、啟停過程以及進入三軌無電區時，地鐵車輛的負載便會增加，從而會造成車輛制動過程中對電網電流與電壓產生一定程度的波動，并且牽引系統中的短路狀態與此時負荷狀態比較相似，從而會引發繼電器保護裝置出現誤動作情況，對地鐵車輛的電網系統產生不同程度的破壞。

2.1.2 非金屬性短路故障

當地鐵軌道中存在雨雪覆蓋或積水淹沒等情況時，便會導致地鐵車輛電氣系統中出現非金屬性狀況下的短路故障。另一種在三軌供電系統中出現的非金屬短路故障為電弧短路故障，其指的是帶電體對導體放電而形成的短路故障，第三軌對地放電便是此類故障形式的代表。

2.1.3 金屬性故障

三軌間與鋼軌出現的金屬接觸，或者絕緣支座存在擊穿問題，從而造成三軌與接地扁銅之間出現短路的故障便是金屬性故障的基本定義。例如，為了對供電系統進行檢修，通常會采用停電檢修的方式來進行，在此過程中，如果檢修人員沒有及時將金屬工具清理，使其留置在三軌與鋼軌之間，則在重新送電過程中，三軌與鋼軌之間便會出現直接短路故障。

2.2 牽引系統的故障檢修

在檢修地鐵車輛牽引系統過程中，一般會通過故障仿真分析的方法來完成檢修工作。其中，牽引變電所的遠端是地鐵牽引系統故障的多發區域，所以需要對近遠端短路故障進行必要的仿真分析，從而對短路點的饋線電流大小進行計算，以便觀察故障距離與電流穩態值的變化關系。通常來講，電流穩態值會在接近故障位置時增大，并且上升速度會隨著離接觸網末端越近而變得越慢，從而有效的對直流牽引網電壓的突變情況進行診斷。此外，為了對牽引變電站子模型的初始階段所存在的暫態過程進行避開，模擬仿真分析可按下列模擬實驗進行，即：將一臺地鐵車輛的啟動時間設定在0.05s，并在0.11s后將遠端故障模擬實驗分別設置在2km、3km的位置，從而有效的完成對實際短路故障進行模擬。在對直流饋線電流仿真結果進行分析之后，便會得到有針對性的指數函數，即電流上升的速度與距離接觸網末端的距離越遠而顯得越慢，并且電流的穩定值也就越大。因此，在故障仿真分析的幫助下，可以清楚的了解地鐵車輛直流饋線的電流值與上升率之間的關系，從而有助于提升牽引系統是否存在的故障的檢測成功率。

3 地鐵車輛電氣系統中輔助系統的故障與檢修

3.1 輔助系統故障的主要表現

3.1.1 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。

3.1.2 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。

3.1.3 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。

3.2 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。

4 結束語

為了確保地鐵車輛可以安全、可靠的運行，需要采取科學合理的措施來保障地鐵車輛電氣系統中牽引及輔助的系統的工作狀態。因此，為了確保牽引及輔助系統的工作狀態滿足地鐵運行狀況下的要求，有必要對其故障原因進行細致分析，從而為檢修方案更有針對性的制定打下基礎，進而在有助于提升檢修水平的同時，保障地鐵車輛的運行安全，對于提升我國地鐵車輛的整體運營水平有著極為重要的現實意義。

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