地鐵車輛牽引與輔助系統的故障處理與預防分析

蔣曉彬

摘 要：隨著社會的發展人們的出行方式也在不斷地變化。對于北京、深圳和上海等一系列一線城市而言，地鐵成為了人們主要的交通方式。又因為地鐵自身方便和經濟的優點所以受到了廣大年輕人的歡迎。但是多數地鐵在運營的過程中容易出現各種不同類型的電氣故障，為此本文主要就地鐵車輛電氣系統中的牽引和輔助系統電氣故障進行分析。

關鍵詞：地鐵車輛電氣系統;牽引輔助系統;故障預防

中圖分類號：U231.94 文獻標識碼：A

0 引言

城市經濟的不斷發展勢必會造成更大的運輸壓力，因此需要想盡一切辦法來緩解城市交通擁堵產生的壓力。地鐵作為修建在城市地下的重要交通運輸系統，勢必會在緩解城市交通中起到非常重要的作用。目前，我國多數地鐵車輛在運行時牽引和輔助系統容易出現故障，輕則影響地鐵的運行舒適度，嚴重故障時直接導致地鐵車輛的清客下線，影響乘客出行計劃。所以強化對車輛牽引系統和輔助系統的檢修成了越來越重要的工作。

1 地鐵車輛牽引和輔助系統的特點

1.1 地鐵車輛牽引系統的特點

車輛牽引和輔助系統均是以逆變器為核心，逆變器核心部件IGBT模塊高速導通和關端將直流高壓電變頻變壓，輸出動力電和輔助電。因此兩系統具備相似性，一般地鐵車輛這兩套系統均為同一品牌產品。

牽引系統主要由如下幾個部分組成：高速斷路器、濾波電抗器、直流環節電路、牽引逆變器。其工作原理是：第一，高速斷路器得到指令完成閉合動作將接觸網網壓引入牽引系統，嚴重故障時高速斷路器直接切斷逆變電路，避免接地、過流等嚴重故障損壞元器件。第二，濾波電抗器對直流網壓進行過濾，保證電流輸入的順暢性，有效地避免網壓尖峰對逆變器模塊造成沖擊傷害。第三，牽引逆變器變換成頻率、電壓均可調的三相交流電，借助低速傳感矢量又可以在較短的時間內控制交流牽引電機內部的轉矩，以求更好地控制滑行的過程[1]。第四，電阻制動斬波單元與逆變模塊單元集成在一起，實現牽引—制動的無接點轉換。

1.2 地鐵車輛輔助系統的特點

輔助系統主要由直流環節電路、逆變器模塊、三相變壓器、橋式整流電路、充電機模塊組成。其工作原理是：第一，接觸網壓經直流環節電路確認后，進入逆變器完成一級變壓，再經三相變壓器二次變壓得到220 V的工業三相電，供給列車中壓負載。第二，三相電經橋式整流電路變換為直流電，充電機對其進行升壓斬波，得到110 V直流電為蓄電池組和列車低壓負載供電。第三，充電機模塊搭載一個緊急逆變電源盒，能夠在短時間內將接觸網網壓降級到110 V，以應對車輛蓄電池饋電無法激活列車的情況。

2 牽引輔助系統的常見故障

2.1 牽引系統的故障

目前眾多牽引系統主要有如下幾點故障：第一，在地鐵車輛剛啟動或者超負荷運行時實際很容易出現過載的現象，這其實是地鐵運行中常見的異常現象，更會為地鐵的運行埋下隱患。如果地鐵長時間過載運行必然會加重牽引系統負擔，元器件加速老化直至失效。第二，多數地鐵牽引系統內部非常容易出現不同類型的短路故障，一方面是因為部分銅排和螺栓連接存在尖銳凸起與高壓箱壁過近，在運行中偶然觸發尖端放電，造成高壓短路，另外一方面則是由于檢修或改造時接錯線路或遺留導電工具在箱內，高壓電氣部分和接地系統發生直接接觸，導致牽引系統短路。金屬類短路故障實際非常常見。第三，牽引系統線網電壓、輸出電壓、輸出電流、溫度、電機速度傳感器出現故障時，牽引控制單元會對單節車動力進行有條件封鎖，當超過兩節車牽引逆變器均被封鎖時，整車動力會下降。例如，電壓傳感器故障會導致系統主動封鎖逆變器工作，速度傳感器故障時車輛會限速。第四，非金屬短路故障也是牽引系統的常見故障。例如，如果雨雪直接覆蓋了軌道，則可以將雨雪當作供電階段啟動的重要導體，又因為絕緣支座直接被固定在道床上，所以實際也與接地的銅有著更好的絕緣效果[2]。但是隨著運行時間的增加，其支撐件上就會出現老化或者被污染的現象，最終被泄露的電流會直接流向扁銅，之后再借助變電所地網重新流向變電所的負級，這種故障是非金屬故障中最常見的一種。

2.2 輔助系統的故障

輔助系統故障與牽引系統有較多重合，除共有的元器件老化失效、短路故障和傳感器故障外，還有充電機、蓄電池故障和三相變壓器故障。充電機充電電流過快導致部分蓄電池出現發熱，并在短時間內造成蓄電池基板損壞。三相變壓器在運行工況中也有一定概率擊穿線圈繞組，放電甚至冒煙。

3 牽引輔助系統故障處理與預防辦法

3.1 牽引輔助系統故障處理

每節車牽引和輔助系統均有一個本地級電腦進行控制，同時診斷其故障，通過該電腦內預設的邏輯判斷，故障處理人員可以更好的定位故障位置和元器件。同時本地電腦還具有數據記錄的功能，可以查看故障發生瞬時牽引逆變系統電壓、電流和輸出力矩的變化，技術人員可以進行分析并推測可能原因。最后通過更換模塊和元器件來快速的處理故障。

3.2 牽引輔助系統故障預防

現階段的地鐵檢修人員可以采用如下幾點預防措施：第一，定期對逆變器模塊、電抗、電容、電阻等部件檢查是否存在鼓包、燒灼、放電等現象，定期檢查進、出風口是否存在堵塞，定期檢查并清潔箱體內粉塵，保證逆變器工作環境無異常。第二，牽引輔助系統均預設了故障冗余功能，當系統出現故障但不影響運行時應該盡快在本次運行任務結束后交給檢修工作人員處理，經專業人員確認或處理后再次加入到運行車輛中，避免多個故障疊加導致列車徹底失去運行服務能力。第三，當牽引輔助系統運行達到一定的年數后，要對動作頻繁的接觸器和長期帶電的電容、電阻、熔斷器進行更換。如有必要，可以在車輛大修時將牽引輔助主箱體下車返回原廠對其部件性能進行測試。

此外，更多在要求檢修工作人員在日常檢修和改造作業中認真負責的完成任務，并通過嚴格的車輛靜態、動態調試流程來逐步排除故障，避免牽引輔助系統出現人為導致的故障。

4 案例分析

4.1 案例1

某城市地鐵在運行超過5年后，牽引系統充電接觸器KM1在梅雨季節頻繁發生卡合故障，凌晨發車時不得不尋找其他車輛替開。該接觸器在每次車輛停站前后就會進行一次分合動作，其動作頻率遠高于輔助系統同一型號的接觸器。經過對故障件的分析和部件供應商技術交流后，工程師一致認為要在列車架大修過程中對其進行維修或更換。因此要格外注意動作頻率高的元器件，定時對其進行維修。

4.2 案例2

地鐵在運營的過程中受惡劣環境影響非常容易誘發故障。2018年1月26日大雪，某地鐵列車運行過程中雪花大量吸附在電抗器繞組上，由于雪花為固體吸附在電抗器繞組上不會立即掉落，長時間積累造成電抗器爬電空間全部被堵塞，爬電距離變為0，相當于要求電抗器能泡在水中工作。電抗器的工作環境急劇下降，發生對地擊穿短路，電抗器端部出現燒灼現象。

4.3 案例3

某城市地鐵在高壓箱部件改造中廠家改造人員將某網壓傳感器設備正負極電纜接反。改造完成后，送電瞬間1 500 V

通過錯誤接線直接匯入負極，導致車輛段供電跳閘，高壓箱內部分銅排燒損融化。這是一起典型的檢修人員錯誤作業導致的車輛電氣短路故障。作業人員對改造工藝理解不足，同時忽視了自檢互檢作業流程。

5 結束語

綜上所述，地鐵實際一直在城市交通中發揮非常重要的作用，更是交通體系內部的關鍵組成部分。因此，相關部門應該在重視地鐵運行效率和質量的基礎上有效地采用各種方法來避免電氣系統內部產生故障，最終才能夠促進地鐵更好地向前發展。

參考文獻：

[1]劉洋.地鐵車輛電氣系統中牽引與輔助系統的故障與檢修[J].居舍，2018，38（26）：221

[2]黃赟.地鐵車輛電氣系統中牽引與輔助系統故障檢修分析[J].住宅與房地產，2016，22（12）：236