電動客車加速不良原因分析與措施

韓賀

（北京市地鐵運營有限公司運二分公司，北京 100071）

0 引言

近年來，我國城市軌道交通車輛技術(shù)迅猛發(fā)展，城市軌道交通規(guī)模越來越大。由于城市軌道交通運輸本身具有時效性、準確性、穩(wěn)定性等特點，這對車輛運行維護提出了新的要求。因此，在軌道車輛維護工作的過程中，不斷完善網(wǎng)絡(luò)控制回路維護方式十分必要，需要從實際出發(fā)，梳理設(shè)備技術(shù)參數(shù)，以找出更具可行性的維護方案。

1 網(wǎng)絡(luò)控制基本情況

1.1 網(wǎng)絡(luò)控制原理

車輛采用符合《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157—2013）規(guī)定的B 型車，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為傳送牽引及制動控制等車輛運行有關(guān)的信號的傳送系統(tǒng)，采用PROFIBUS 傳送方式，傳送速度為1.5MBit/s[1]。另外，為了達到網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)冗余化，由1 系及2 系構(gòu)成二重系統(tǒng)。

二重系是冗余系的基本構(gòu)成方法，但是向?qū)ο笤O(shè)備的輸出按照待機二重系的思路。通常1 系及2 系都進行控制運算，但僅將運作系的輸出有效化，運作系發(fā)生異常時通過將待機系的控制演算輸出有效化，繼續(xù)進行列車控制[2]。如果運作系、待機系都發(fā)生異常（二重系統(tǒng)故障）時，將不能進行網(wǎng)絡(luò)控制，會將司機提示燈（控制傳送異常）點亮，向VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）裝置及制動控制裝置等輸出網(wǎng)絡(luò)控制異常信號。

1.2 故障情況

地鐵車輛按照運營圖正常完成載客任務，其中在ATO（自動駕駛）模式下行駛正常，在ATB（自動折返）模式下自動折返正常。運營期間地鐵車輛在ATB模式下在郭公莊站完成自動折返后，在ATO 模式下出站時發(fā)生了加速不良情況。主要故障現(xiàn)象為TMS（監(jiān)控顯示器）顯示2 號車和5 號車的VVVF 大約在時速20km/h 時牽引力開始降低，且在40km/h 時牽引力變?yōu)?km/h，4 號車的VVVF 正常動作。其間，乘務員多次進行牽引試驗，車輛速度均處于受限狀態(tài)，在豐臺南路站停車時，乘務員通過操作司控器手柄施加至緊急制動，之后再次嘗試車輛牽引，車輛速度恢復至正常百分比輸出。

車輛牽引速度受限故障導致運營線當日大量運營晚點，如果乘務員緊急處置無法解決該故障，影響程度將進一步擴大。該故障現(xiàn)象較為罕見，但一旦出現(xiàn)對運營線路影響極大，因此需對該故障原因進行分析研究，并制訂切實有效的解決措施。

2 車輛加速不良原因分析

2.1 故障記錄分析

截取故障時刻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行記錄中的牽引輸出數(shù)據(jù)和車輛速度數(shù)據(jù)，如圖1 所示，從圖中的數(shù)據(jù)可以看出，車輛牽引PWM 值輸出100%后，車輛速度曲線值停留在40km/h 以內(nèi)。通過記錄分析可以看出：從自動折返后出站時發(fā)生加速不良。車輛自動折返并進站后，在自動折返模式結(jié)束之前（緊急制動起作用之前），司機對手柄進行操作，緊急制動不動作。而后，緊急制動起作用，加速不良現(xiàn)象消失。

圖1 事件記錄

從上述情況可以分析得出，造成車輛出現(xiàn)加速不良的原因如下：

一是車輛折返后切換頭車時，TMS 在極短的時間內(nèi)建立起后退駕駛模式。可以推測建立時間在VVVF—TMS 的控制傳輸周期（50ms）以下。二是VVVF 從TMS 收到后退駕駛的信號時，VVVF 建立起后退駕駛模式。因為TMS 的后退駕駛信號的輸出時間極短，VVVF 會有收不到信號的情況。三是根據(jù)VVVF 的邏輯，在VVVF 的后退駕駛模式成立的狀態(tài)下，在大約30km/h 時有速度限制。另外，后退駕駛模式持續(xù)至緊急制動起作用為止。因此，緊急制動起作用后恢復了正常動作。

2.2 模擬故障，復現(xiàn)車輛牽引加速不良

為驗證分析結(jié)果的正確性，通過試驗對故障現(xiàn)象進行驗證，得出：VVVF 在后退行駛（司控器的方向桿為R 時駕駛）模式時，會有速度限制，即車輛出現(xiàn)牽引加速不良的情況。

速度限制解除的條件為緊急制動動作（緊急制動信號286b=不得電）的時候。

因此，在緊急制動不動作的狀態(tài)下建立后退運行模式后，即使是將司控器方向桿放到F 位也不會解除后退運行模式。

挑選正線運營正常結(jié)束的車輛進行試驗，以確保車輛不存在特殊性。將VVVF 內(nèi)的EBR（緊急制動繼電器）繼電器更換為試驗用繼電器。試驗用繼電器是將觸點短接，使42 號線變?yōu)槌５秒姞顟B(tài)，控制原理如圖2 所示。

試驗中要注意：一是使用試驗用繼電器時，一旦后退運行模式建立起來，操作司控器也不能解除該模式。二是出現(xiàn)緊急情況時，如果要解除后退運行模式，需要斷合VVVF 的電源或者斷合蓄電池。

經(jīng)上述試驗驗證，后退運行模式建立的情況，確實可造成列車啟動速度異常的故障現(xiàn)象。

2.3 牽引速度異常情況下的處理策略

經(jīng)事件記錄分析和進一步試驗研究發(fā)現(xiàn)，車輛折返后會在一定條件下極短的時間內(nèi)建立起后退駕駛模式。其他編組也有發(fā)生加速不良的可能性，為防止此類故障再次發(fā)生，應做如下緊急處理：一是自動折返時，在完成自動折返至緊急制動起作用的時間內(nèi)，不要操作手柄。二是自動折返后，如果在緊急制動沒開始起作用的狀態(tài)下誤操作手柄，應先將司控器手柄放至緊急制動位置，使緊急制動動作。三是行駛中發(fā)生加速不良時，應將司控器手柄放至緊急制動位置，施加緊急制動。

2.4 故障原因總結(jié)

通過對列車網(wǎng)絡(luò)控制原理、運行記錄、中央傳送裝置單元控制程序、VVVF 建立后退駕駛模式的原因的分析，以及模擬現(xiàn)場故障進行分析，最終找出列車無法正常加速的原因：車輛折返后切換頭車時，TMS在極短的時間內(nèi)建立起后退駕駛模式，VVVF 從TMS收到后退駕駛的信號時，VVVF 建立起后退駕駛模式，在VVVF 的后退駕駛模式成立的狀態(tài)下，在大約30km/h 時有速度限制。

3 故障處理措施——程序邏輯修正

根據(jù)故障分析確認TMS 程序邏輯存在問題，通過修改程序邏輯對后退駕駛信號輸出條件進行修正，即對CCU 上的后退駕駛模式的建立條件進行修正。

變更前的邏輯原理如圖3 所示，“牽引方向”“司機臺有效”信號同時建立后，CCU 會建立起后退駕駛模式。

圖3 變更前邏輯原理圖

變更后的邏輯原理如圖4 所示，“牽引方向”“司機臺有效”的邏輯沒有變更，后退駕駛模式的建立增加一個條件“司控手柄牽引位”，即司控器需要置于牽引位置。

圖4 變更后邏輯原理圖

4 應用與成效

4.1 變更邏輯的應用

應用對象為DKZ33 型和BDK04 型電動客車共計38列，隨機抽取1 組車輛進行變更邏輯的試驗，包括車輛的靜態(tài)試驗、動態(tài)試驗、試車線試驗和正線試驗，以確保變更后的邏輯運行穩(wěn)定，滿足車輛載客安全運行。

2022 年10 月28 日開始應用變更后的邏輯，截至2022 年11 月28日，列車平均 運行10000公里，對運行期間車輛是否存在牽引加速不良的故障進行了統(tǒng)計，共計開行150 列次，未發(fā)現(xiàn)車輛再次出現(xiàn)加速不良情況。

2022 年12 月1 日對剩余37 組列車進行變更邏輯刷新，截至2023 年1 月1日，共計開行約4800列次，均未發(fā)現(xiàn)車輛再次出現(xiàn)加速不良情況。

4.2 應用成效

通過修正程序邏輯，車輛網(wǎng)絡(luò)控制趨于穩(wěn)定，更符合時效性更高的地鐵運營需求，且經(jīng)過修正，網(wǎng)絡(luò)控制更具經(jīng)濟性、高效性和安全性，提高了維修部門的維護效率，減少了車輛故障，提高了行車質(zhì)量，為乘客提供了更加安全舒適的乘坐體驗。

5 結(jié)語

地鐵車輛維修是軌道交通維護的核心內(nèi)容。以車輛故障及原理分析為切入點，通過事件記錄分析和試驗驗證程序邏輯存在缺陷，嘗試新的可行性維修方案，即修正網(wǎng)絡(luò)控制邏輯，并通過試驗驗證了變更邏輯在車輛維護方面更具時效性、準確性與穩(wěn)定性。

軌道交通車輛維護涉及面較廣，除DKZ33 型電動客車牽引加速不良外，還有其他問題需要進一步研究解決，如車輛牽引無流、車輛制動不緩解等，都可以考慮修正控制邏輯，從而提高電動客車的運行穩(wěn)定性。此外，需要不斷進行技術(shù)總結(jié)，進而為軌道交通車輛維護提供更合理的方案，促進軌道交通的發(fā)展。