淺談有軌電車充電裝置檢修

孫超

（廣州有軌電車有限責任公司，廣州510000）

1 引言

隨著時代的發展，儲能式現代有軌電車目前越來越受到市場的認可，該新型軌道交通采用站臺短時大功率充電的方式對車載電源進行電能補充，地面充電裝置則通過自身電源轉換功能將前級電網電源變換為滿足現代有軌電車需求的電源。在實際應用過程中，現代有軌電車充電均采用自動充電方式。

2 充電裝置系統構成及原理

2.1 充電裝置的保護功能

充電裝置系統具備輸入欠壓、過壓、過流保護，輸出過壓、過流軟件保護；在系統輸入、輸出側設置快熔過流保護；在輸出側設置chopper 裝置硬件過壓保護。能夠為充電裝置本體、充電裝置至充電軌之間電氣故障和異常運行方式提供有效的保護功能。同時充電裝置還設置了通信故障保護、過熱故障保護、急停故障保護、系統故障保護、系統告警故障保護等保護功能。

2.2 自動充電射頻方案設計

有軌電車站臺充電系統為非接觸式檢測，同時須具備雙向檢測及過站檢測功能。采用成熟的RFID 射頻識別技術，為非接觸式自動識別技術。通過安裝地面讀卡器及配套的電子標簽，可識別高速運動物體并能同時識別多個標簽。該識別方式在電力機車、物聯等領域有著廣泛的應用。

RFID 系統由標簽、讀卡器及天線三部分構成。其中標簽附著在車輛頂部指定位置用于識別目標對象，讀卡器固定于站臺指定位置用于讀取標簽信息設備，天線與讀卡器相連用于在標簽和讀卡器間傳遞射頻信號。

充電裝置的工作流程如下：在有軌電車進站時，從受電器到達導電軌端部開始計算，車輛前進2.3m 受電器接觸導電軌，此時充電系統檢測到儲能電源電壓進入充電準備階段；當車輛繼續前進3.4m 時，標簽被讀卡器探測到，充電系統開始充電；列車離站時，標簽進入讀卡器檢測范圍，發出切斷信號，充電系統關斷輸出。

2.3 充電裝置柜體設計

三亞項目處于高濕度、高鹽霧地區，防凝露和鹽霧最有效的途徑是切斷柜內與柜外空氣的交換，整柜采用全密閉無直接熱交換的防鹽霧防潮濕設計方案。同時考慮到沿海環境，對柜體進行了防臺風、防雷、防霉、防振動、防沖擊等方面的設計。

3 充電裝置高發故障統計分析

根據廣州有軌電車2018年全年的統計與記錄，充電裝置發生的主要故障如下：2018年充電系統硬件故障一共52 起，其中以射頻裝置故障、指示燈/照明故障以及線路故障占比最大，分別為31%、10%和11%。

①射頻裝置組件的故障次數為19 次，占硬件故障總數的31%。②AC/DC 模塊故障次數為4 次，占硬件故障總數的6%。③接觸器的故障次數為4 次，占硬件故障總數的6%。④傳感器故障次數為3 次，占硬件故障總數的5%。⑤電壓表的故障次數為2 次。⑥線路問題導致的故障次數為7 次，占硬件故障總數的11%。⑦充電軌的故障次數為1 次，占硬件故障總數的3%。

4 充電裝置檢修與維護

根據廣州有軌電車充電裝置的常見故障分析，三亞有軌電車開展預防性的檢修維護。

4.1 充電裝置外觀檢查與小修

每日安排值班人員根據充電裝置巡檢日志開展各站充電裝置及充電軌巡視檢查。

每月開展充電軌測量及射頻裝置組件功率測量檢查。

每半年按照維護手冊開展充電裝置小修。

4.2 充電裝置故障保護檢查與維護

定期檢查充電裝置短路保護、過流保護、過壓保護、故障輸出等保護功能是否正常，通過顯示屏或上位機軟件檢測充電裝置電壓、電流、溫度、外部邏輯等狀態是否正常，同時，通過以太網向總控室發送相關工作狀態的必要數據。

模擬充電裝置各類故障模式，按要求對充電裝置故障保護功能進行檢查與維護，模擬充電裝置各類故障模式進行試驗，若故障保護功能按規定要求正常動作，視為保護功能正常

4.3 輔助裝置檢修與維護

對充電輔助裝置中的冷卻風機進行旋轉方向檢查，確認所有風機轉向是否正確，風機與其他部位有無干涉，對工業空調進行啟動檢查，保證所有空調能正常工作。對照明回路控制電源開關加入AC220V 電源，開關各門，檢查照明燈的開關狀態，門開燈亮，門關燈滅[1]。

將溫控器的溫度設定為環境溫度范圍之內，通過調節設定溫度范圍，使溫控器動作，檢查各繼電器輸出接點是否正確。加熱板加入額定工作電壓，檢查是否運行正常。

核對UPS 主機與電池之間的連線，電池正負極之間連線尤其需要注意防止短路。線路核對完全后，在UPS 市電輸入側接入AC220V 電源，觀察UPS 充電和運行是否正常，用萬用表測量UPS 各輸出接點與圖紙的符合性，驗證完成后模擬試電和電池故障，檢查輸出信號正確性，測量輸出電壓穩定性和精度。

4.4 充電裝置自動控制性能檢修與維護

檢查車輛運行各個階段充電裝置的充電功能是否正常運行：

車輛進站：模擬給定車輛進站信號，充電裝置開始工作，模擬儲能電容充電至額定電壓值，充電裝置停止充電。

車輛越站：在充電過程中，模擬出站信號，充電裝置應停止充電。

急停信號：模擬給定車輛進站信號，充電裝置開始工作，此時按下急停按鈕，充電裝置應停止充電并報警。

射頻卡故障：不給出車輛位置信號，在持續監測到儲能電容電壓5S 后，充電裝置開始工作，儲能電容充電至額定電壓值，充電裝置停止充電。

4.5 超級電容故障檢修

三亞有軌電車超級電容為每列車配備4 組超級電容箱，其中超級電容箱I 和超級電容箱II 各兩箱。I 型超級電容參數為256F，最大充電電流為340A(20s)；II 型超級電容參數為389F，最大充電電流為510A(20s)[2]。為了確保充電過程中電容的安全充電，需要在電池充電過程中判斷四組電容是否均正常工作，如果有異常情況，及時降低充電電流，確保電容安全工作。

超級電容故障檢修主要是根據超級電容的電壓時間曲線，1700A 的電流給1 組電容充電與4 組電容充電時，電壓上升速率是不同的；通過計算一定時間范圍內電壓的上升速率來判斷四組超級電容是否正常工作。

通過搭建仿真模型對電容進行恒流充電，有軌電車進站初步采用1700A 進行測試，測試時間為3 秒，測試完成后，確定是否使用1700A 繼續充電，還是按照仿真模型3 秒內的測試電壓范圍進行降電流實驗，以此判斷是否超級電容存在故障。

車輛進站充電裝置啟動恒流充電，充電過程分為兩段，一段為電流爬坡，一段為1700A 恒流充電。電流爬坡階段規定在給定的時間1s 電流由0A 上升至1700A，保持在1700A 恒流充電前5s 為電容系統狀態判斷，在規定時間5s 內采集0.5s、1.5s、2.5s 的三個電壓值，作為電壓所處范圍的判斷依據；如果車載超級電容初始電壓616V，電壓上升定值大于610V，則表示4 組電容均正常，否則有不正常電容組，電流給定降為750AQ(兩個階段的劃分可以采集實際電流值，如果實際電流值達到1700A，則表示進入1700A 的恒流充電，否則為爬坡階段)。

5 結語

本文針對儲能式現代有軌電車地面充電裝置的系統構成、功能、系統保護等方面進行了闡述，根據現場應用條件與需求，研究出一種智能匹配、自動檢測與系統保護功能兼備的充電裝置，有效解決了過去大功率地面充電裝置充電可靠性低、對電網沖擊大、弓網拉弧等問題，并且向更加可靠性、智能化，與電網及終端車輛適應性更強的方向發展。