白海波

摘 要：概述了地鐵車輛電氣系統(tǒng)中的牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)，探析了地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的故障、檢修情況，以期為日后相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵；電氣系統(tǒng)；牽引與輔助系統(tǒng)；故障；檢修

中圖分類號：U231.94 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）10-0027-02

地鐵車輛在長期的運(yùn)行過程中，不可避免地會產(chǎn)生一系列的故障，其中，電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的故障是最常見的。下面從牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)、出現(xiàn)的故障、檢修方法三方面進(jìn)行分析。

1 牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 牽引系統(tǒng)的特點(diǎn)

在地鐵車輛電氣系統(tǒng)中，牽引系統(tǒng)包括以下幾個方面：接地故障檢測系統(tǒng)、牽引逆變器模塊、線路濾波元件、高速斷路器等。

1.1.1 線路濾波器

線路濾波器主要是用來平滑輸入電流，抑制接觸網(wǎng)和車輛之間的相互干擾，進(jìn)而降低接觸網(wǎng)對車輛和其他系統(tǒng)的影響。線路濾波器對由車輛變電所斷路器斷開或雷擊故障所引起的瞬時(shí)行波起到一定的保護(hù)作用，能夠保證發(fā)生突然接地故障時(shí)，不至于損壞牽引系統(tǒng)的其他設(shè)備。

1.1.2 牽引機(jī)電

牽引機(jī)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(jī)，通常采用架承式懸掛方式。

1.1.3 牽引逆變器

牽引逆變器由DUC控制板、GDU單元、逆變橋、制動斬波相、支持電容、過壓保護(hù)電阻和其他輔助元件組成。

1.1.4 高速斷路器

高速斷路器安裝在逆變箱中，能夠有效地保護(hù)由于接地、短路等造成的過流情況，其保護(hù)范圍要與變電所的保護(hù)相協(xié)調(diào)。

1.2 輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)

輔助系統(tǒng)通常包括蓄電池組、DC/DC變換器、DC/AC逆變器三部分。

1.2.1 蓄電池組

蓄電池組由若干個額定電壓的電池單元組成，對蓄電池的保護(hù)方式有：蓄電池充電器對充電電壓的控制；高分?jǐn)?低電壓能力熔斷器接到蓄電池的正負(fù)極；對充電時(shí)的過電壓、過電流的保護(hù)；蓄電池要與充電器隔離；蓄電池分?jǐn)嘟佑|器，使蓄電池和負(fù)載隔離。

1.2.2 DC/DC變換器

DC/DC變換器即蓄電池充電器，是地鐵車輛的直流供電。通常設(shè)置兩個或兩個以上的蓄電池充電器。如果1個蓄電池充電器發(fā)生故障，將會由其他的蓄電池充電器供電，讓輛繼續(xù)運(yùn)行。

1.2.3 DC/AC逆變器

DC/AC逆變器即輔助逆變器，輔助逆變器從架空接觸網(wǎng)上受電，用作輔助電源，為空調(diào)裝置、空氣壓縮機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)和車輛內(nèi)的所有交流負(fù)載供電。

2 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引的故障分析與檢修

2.1 牽引系統(tǒng)的故障分析

牽引系統(tǒng)的故障分析包括以下幾個方面。

2.1.1 非正常運(yùn)行狀態(tài)

由于地鐵車輛運(yùn)行時(shí)處于制動、過三軌無電區(qū)、啟動狀態(tài)，并且車輛在上下班高峰時(shí)段經(jīng)常會處于過載的運(yùn)行狀態(tài)。這時(shí)會導(dǎo)致車輛制動，制動會導(dǎo)致電網(wǎng)的電流和電壓發(fā)生較大的波動。這種負(fù)荷狀態(tài)與牽引系統(tǒng)的短路狀態(tài)十分相似，可能會導(dǎo)致繼電器保護(hù)裝置的誤動作，對地鐵車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)造成損害。

2.1.2 非金屬性短路故障

非金屬性短路故障主要指的是發(fā)生在非金屬性狀況下的短路故障，例如雨雪覆蓋或淹沒軌道的狀況。這時(shí)，雨雪可以作為供電系統(tǒng)在啟動階段的導(dǎo)體，三軌由于整體絕緣支座固定在道床上，與接地扁銅之間具有良好的絕緣效果。但是，隨著地鐵車輛運(yùn)行時(shí)間的增加，支撐件上會出現(xiàn)污穢或絕緣支座絕緣保護(hù)老化的情況，由此產(chǎn)生的泄露電流經(jīng)過絕緣支座流向接地扁銅，然后通過變電所地網(wǎng)重新流回變電所負(fù)極。這種由于絕緣故障導(dǎo)致的短路故障是非金屬性短路故障中最常見的一種。此外，在三軌供電系統(tǒng)中，還有一種常見的非金屬性短路故障，即電弧短路故障，它是指帶電體對導(dǎo)體放電而引起的短路，例如第三軌對地放電。

2.1.3 金屬性故障

金屬性故障指的是鋼軌和三軌間發(fā)生的金屬接觸，或是絕緣支座（支座底部設(shè)置了接地扁銅，與整個供電系統(tǒng)的地網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接，主要用于三軌和大地的絕緣）被擊穿，導(dǎo)致接地扁銅和三軌直接發(fā)生短路的情況。例如供電系統(tǒng)在進(jìn)行停電檢修工作時(shí)，檢修人員并沒有將放置在鋼軌和三軌之間的金屬工具帶走，這會導(dǎo)致系統(tǒng)重新送電時(shí)發(fā)生鋼軌與三軌之間的直接短路故障。

2.2 牽引系統(tǒng)的故障檢修

地鐵車輛牽引系統(tǒng)故障檢修通常采用故障仿真分析進(jìn)行檢修。地鐵牽引系統(tǒng)故障的位置通常位于供電臂原理牽引變電所的遠(yuǎn)端，通過對近遠(yuǎn)端斷路故障進(jìn)行仿真分析，分別得出近遠(yuǎn)端斷路點(diǎn)的饋線電流，從中能夠看出電流的穩(wěn)態(tài)值會隨著故障距離的變化而發(fā)生變化，即隨著故障距離的減小而增大，并且故障點(diǎn)離接觸網(wǎng)末端越近，電流上升的速度也就越慢，它能夠診斷出直流牽引網(wǎng)電壓有沒有發(fā)生突變。模擬仿真分析為了避開牽引變電站子模型的初始階段存在的暫態(tài)過程，通過設(shè)置以下模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行故障仿真分析，即設(shè)置1臺地鐵車輛在0.05 s啟動，在0.11 s時(shí)分別在2 km、3 km處設(shè)置遠(yuǎn)端故障模擬試驗(yàn)，以此模仿實(shí)際的短路故障。通過分析直流饋線電流仿真結(jié)果，能夠得出類似的指數(shù)函數(shù)，即距離接觸網(wǎng)末端的距離越遠(yuǎn)，電流上升的越慢，電流的穩(wěn)定值就越高。通過故障仿真分析，檢測地鐵車輛直流饋線的電流大小和上升率，能夠準(zhǔn)確地檢測出牽引系統(tǒng)有沒有發(fā)生故障。

3 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)的故障與檢修

3.1 輔助系統(tǒng)故障的主要表現(xiàn)

3.1.1 電容器故障

逆變器內(nèi)部安裝有起到穩(wěn)壓作用的鋁電解電容器。鋁電解電容器的氧化膜在電容工作時(shí)很容易被損壞，雖然其自身有一定的自愈性，但是，當(dāng)氧化膜的破壞速度大于其自愈速度時(shí)，氧化膜來不及修補(bǔ)，就會導(dǎo)致氧化膜被損壞甚至是擊穿，導(dǎo)致電容器失效。

3.1.2 電力半導(dǎo)體器件故障

逆變器經(jīng)常在強(qiáng)烈的電浪涌環(huán)境中工作，逆變器失效通常是由電力半導(dǎo)體器件失效引起的，但是，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的過程中并不重視對電力半導(dǎo)體器件的保護(hù)，所以，導(dǎo)致電力半導(dǎo)體器件失效。

3.1.3 弱電半導(dǎo)體器件故障

逆變器中存在許多弱電半導(dǎo)體器件，只要其中的一個器件失效，都會降低整個系統(tǒng)的性能，甚至?xí)拐麄€系統(tǒng)喪失功能。導(dǎo)致半導(dǎo)體器件失效的原因包括兩個方面，一方面是內(nèi)因，由于器件自身的固有可靠性；另一方面是外因?qū)е碌墓收?，主要包括溫度失效、機(jī)械過應(yīng)力失效、靜電損傷失效、過電應(yīng)力失效、濕度失效等。

3.2 輔助系統(tǒng)的故障檢修

輔助系統(tǒng)的故障檢修方法通常采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法，主要表現(xiàn)為：①訓(xùn)練創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。將采集到的輔助系統(tǒng)的信息樣本輸入到尚未訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)中，對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行ANN訓(xùn)練，經(jīng)過自學(xué)獲得期望得到的診斷網(wǎng)絡(luò)。②網(wǎng)絡(luò)診斷。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前向計(jì)算的過程，即根據(jù)診斷輸入對系統(tǒng)進(jìn)行診斷的過程。通過特征提取和預(yù)處理，對輔助系統(tǒng)的信息樣本和故障數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，然后在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行故障檢測。

4 結(jié)束語

總而言之，為了保證地鐵車輛電氣系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，應(yīng)該正確認(rèn)識電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的常見故障，并運(yùn)用相應(yīng)的檢修手段準(zhǔn)確地找出原因，然后采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，保證地鐵車輛整體的可靠性，使地鐵車輛能夠正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。

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〔編輯：白潔〕