地鐵車輛電氣系統及其故障系統研究探討

林曉忠

摘要：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及其故障系統進行了相關的研究，以供大家交流探討。

關鍵詞：地鐵車輛；電氣系統；故障診斷系統

電氣系統作為地鐵車輛的重要組成部分，并會直接影響到該城市軌道車輛的運行安全性以及運行質量，這也就要求相關的研究人員能夠進一步加強對地鐵車輛電氣系統的研究力度，從而滿足我國城市軌道交通的實際需求。

一、城市軌道交通車輛的電氣系統組成分析

（一）牽引傳動系統

城市軌道交通車輛對于自身牽引傳統系統的運行安全性、穩定性以及可靠性有著非常高的要求。此外軌道車輛在運行過程中都是以固定的編組模式來進行營運，其具備有兩站間距離短、停靠站數量多以及兩站之間營運時間較短等特點，這也就要求軌道車輛自身的牽引制動系統能夠具備有短時過載能力強、斷續工作能力良好等功能。

（二）制動控制系統

制動控制系統技術作為城市軌道交通車輛的核心控制技術，其主要包含了摩擦制動、空氣制動、電制動以及制動指令系統等多個環節。軌道車輛自身的牽引制動能力往往會直接影響到該軌道車輛的運行安全性以及運輸能力，這也就需要對現有的牽引與制動控制系統進行不斷的優化與完善。此外城市軌道交通車輛在運行過程中具備有站點距離短以及停車頻繁的特性，這也就要求軌道車輛必須擁有較高的制動減速度。我國現階段在城市軌道車輛中所應用到的減速控制技術多需要通過電氣系統才能夠完成，也就是說該制動系統必須在電氣系統減速指令下來進行制動力的增加。此外為了確保城市軌道車輛的運行性能，也就對軌道車輛的停站方位的準確性提出了更高的要求，借助于ATO系統后，其能夠根據停車距離的長短來給予車輛電氣系統針對性的減速指令，并能夠使得該軌道車輛根據一定的減速指令來產生相應的制動力，從而保證該車輛的停車位置的準確性。

（三）輔助供電系統

現階段城市軌道交通車輛中所應用到的輔助供電系統其需要負責除卻牽引系統主電路之外的所有供電工作，比如車廂的照明、牽引、空調電源以及通信信號裝置電源等等。目前軌道車輛中所應用的輔助供電系統其主要是通過直流供電系統以及三相交流供電系統兩部分所構成中，其中直流供電系統主要是由充電機、整流裝置、蓄電池和直流用電設備幾部分來構成。該系統主要運用充電機與蓄電池來進行電能的供給，來保證其它電氣系統的正常運行。而三相交流供電系統則主要為協助變流器、電熱器和三相輔助設備電機等交流負載設備所構成。

二、地鐵車輛電氣系統故障診斷系統設計研究

電氣系統是地鐵車輛中最為重要的子系統之一，對該系統進行快速、準確的故障診斷尤為重要。鑒于此，本文結合當前先進的信息技術，提出一種地鐵車輛電氣系統故障診斷系統。下面對此展開詳細論述。

（一）故障診斷專家系統總體設計

設計該系統的最終目的是為了進一步提高地鐵車輛的運行安全性，當車輛的電氣系統在運行過程中發生故障問題時，該系統可以在相對較短的時間內對故障進行準確診斷。為使地鐵車輛維修中心能夠在車輛出現故障時獲取診斷信息，決定采用目前較為流行的分層式結構體系進行系統設計，整個體系結構共分為四層，即車載設備層、網絡傳輸層、維修中心層以及監控中心層。該系統由以下三個子系統構成：

1.車載級。該子系統主要負責實現各個車廂所要監控的關鍵設備的狀態監測、智能控制及故障報警等任務，由設置在車廂內的設備控制器及監控程序完成相關設備信息的采集，然后借助車輛總線以列車總線進行信息傳輸。

2.車輛段。該子系統主要負責對本車輛段內的維修車輛上的關鍵性設備的實時監控、故障診斷以及維修等任務。它利用無線通訊網絡與互聯網相連接，在此基礎上將車輛的實時故障信息傳送給車輛段進行診斷。

3.監控中心級。該子系統主要負責實現與當前現有監控設備的集成，可對全局車輛進行故障診斷，并分析引起故障問題的原因，為故障處理提供決策支持。

（二）系統主要功能設計

1.車載級子系統功能。故障診斷系統所針對的主要對象為地鐵車輛，所有的故障診斷信息全部都是從車輛中獲得。為此，車載級子系統應當具備如下功能：故障信息采集、傳輸、預處理、簡單診斷以及應急對策等等。

（1）設備監測功能。在對地鐵車輛基本信息了解的基礎上，對其關鍵設備的實時運行狀態進行監測，主要包括以下內容：制動系統、牽引系統以及信號系統的實時狀態信息和幅值監測等等。（2）故障報警功能。由于地鐵車輛上的設備種類較多，從而使得故障報警類型也相對比較繁多。車載級子系統可以支持各種類型的報警，如偏差報警、限制報警、控制失效報警等等，同時，對每種報警均可自定義條件與級別，若是在同一時間段內出現若干個報警信息時，系統則可根據報警的緊急程度選擇優先處理。（3）其它功能。實時故障診斷與故障識別、故障數據實時存取、故障應急預案管理、故障信息遠程發送、維修申請、司機命令接收、關鍵設備定期報表等等。

2.車輛段子系統功能。在地鐵線路中，車輛段時地鐵列車維護維修的主要場所，擁有功能強大的故障診斷系統能夠提高維修技術人員的工作效率，有利于降低維修成本。該子系統具備如下功能：遠程故障信息接收與診斷、故障仿真推演、專家知識庫管維、故障集管理、故障統計分析、報表等等。

3.監控中心子系統功能。目前，國內各大城市的軌道交通系統采用的一般都是“兩調三控”模式，其中兩調具體是指中心級調度和車站級調度，而三控則是指中心、車站以及就地三級控制。該子系統的主要功能如下：運營車輛故障數據信息遠程接收與發送、區域級車輛故障診斷等等。

三、結語

總之，地鐵車輛電氣系統的故障診斷系統，自投入運行后，地鐵車輛的故障率顯著降低，確保了線路的正常運營，不但降低了維護維修成本，而且還提高了車輛的運行安全性。

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