孫超

（廣州有軌電車(chē)有限責(zé)任公司，廣州510000）

1 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車(chē)目前越來(lái)越受到市場(chǎng)的認(rèn)可，該新型軌道交通采用站臺(tái)短時(shí)大功率充電的方式對(duì)車(chē)載電源進(jìn)行電能補(bǔ)充，地面充電裝置則通過(guò)自身電源轉(zhuǎn)換功能將前級(jí)電網(wǎng)電源變換為滿足現(xiàn)代有軌電車(chē)需求的電源。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，現(xiàn)代有軌電車(chē)充電均采用自動(dòng)充電方式。

2 充電裝置系統(tǒng)構(gòu)成及原理

2.1 充電裝置的保護(hù)功能

充電裝置系統(tǒng)具備輸入欠壓、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)，輸出過(guò)壓、過(guò)流軟件保護(hù)；在系統(tǒng)輸入、輸出側(cè)設(shè)置快熔過(guò)流保護(hù)；在輸出側(cè)設(shè)置chopper 裝置硬件過(guò)壓保護(hù)。能夠?yàn)槌潆娧b置本體、充電裝置至充電軌之間電氣故障和異常運(yùn)行方式提供有效的保護(hù)功能。同時(shí)充電裝置還設(shè)置了通信故障保護(hù)、過(guò)熱故障保護(hù)、急停故障保護(hù)、系統(tǒng)故障保護(hù)、系統(tǒng)告警故障保護(hù)等保護(hù)功能。

2.2 自動(dòng)充電射頻方案設(shè)計(jì)

有軌電車(chē)站臺(tái)充電系統(tǒng)為非接觸式檢測(cè)，同時(shí)須具備雙向檢測(cè)及過(guò)站檢測(cè)功能。采用成熟的RFID 射頻識(shí)別技術(shù)，為非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。通過(guò)安裝地面讀卡器及配套的電子標(biāo)簽，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并能同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽。該識(shí)別方式在電力機(jī)車(chē)、物聯(lián)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

RFID 系統(tǒng)由標(biāo)簽、讀卡器及天線三部分構(gòu)成。其中標(biāo)簽附著在車(chē)輛頂部指定位置用于識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，讀卡器固定于站臺(tái)指定位置用于讀取標(biāo)簽信息設(shè)備，天線與讀卡器相連用于在標(biāo)簽和讀卡器間傳遞射頻信號(hào)。

充電裝置的工作流程如下：在有軌電車(chē)進(jìn)站時(shí)，從受電器到達(dá)導(dǎo)電軌端部開(kāi)始計(jì)算，車(chē)輛前進(jìn)2.3m 受電器接觸導(dǎo)電軌，此時(shí)充電系統(tǒng)檢測(cè)到儲(chǔ)能電源電壓進(jìn)入充電準(zhǔn)備階段；當(dāng)車(chē)輛繼續(xù)前進(jìn)3.4m 時(shí)，標(biāo)簽被讀卡器探測(cè)到，充電系統(tǒng)開(kāi)始充電；列車(chē)離站時(shí)，標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器檢測(cè)范圍，發(fā)出切斷信號(hào)，充電系統(tǒng)關(guān)斷輸出。

2.3 充電裝置柜體設(shè)計(jì)

三亞項(xiàng)目處于高濕度、高鹽霧地區(qū)，防凝露和鹽霧最有效的途徑是切斷柜內(nèi)與柜外空氣的交換，整柜采用全密閉無(wú)直接熱交換的防鹽霧防潮濕設(shè)計(jì)方案。同時(shí)考慮到沿海環(huán)境，對(duì)柜體進(jìn)行了防臺(tái)風(fēng)、防雷、防霉、防振動(dòng)、防沖擊等方面的設(shè)計(jì)。

3 充電裝置高發(fā)故障統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)廣州有軌電車(chē)2018年全年的統(tǒng)計(jì)與記錄，充電裝置發(fā)生的主要故障如下：2018年充電系統(tǒng)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(shù)為19 次，占硬件故障總數(shù)的31%。②AC/DC 模塊故障次數(shù)為4 次，占硬件故障總數(shù)的6%。③接觸器的故障次數(shù)為4 次，占硬件故障總數(shù)的6%。④傳感器故障次數(shù)為3 次，占硬件故障總數(shù)的5%。⑤電壓表的故障次數(shù)為2 次。⑥線路問(wèn)題導(dǎo)致的故障次數(shù)為7 次，占硬件故障總數(shù)的11%。⑦充電軌的故障次數(shù)為1 次，占硬件故障總數(shù)的3%。

4 充電裝置檢修與維護(hù)

根據(jù)廣州有軌電車(chē)充電裝置的常見(jiàn)故障分析，三亞有軌電車(chē)開(kāi)展預(yù)防性的檢修維護(hù)。

4.1 充電裝置外觀檢查與小修

每日安排值班人員根據(jù)充電裝置巡檢日志開(kāi)展各站充電裝置及充電軌巡視檢查。

每月開(kāi)展充電軌測(cè)量及射頻裝置組件功率測(cè)量檢查。

每半年按照維護(hù)手冊(cè)開(kāi)展充電裝置小修。

4.2 充電裝置故障保護(hù)檢查與維護(hù)

定期檢查充電裝置短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、故障輸出等保護(hù)功能是否正常，通過(guò)顯示屏或上位機(jī)軟件檢測(cè)充電裝置電壓、電流、溫度、外部邏輯等狀態(tài)是否正常，同時(shí)，通過(guò)以太網(wǎng)向總控室發(fā)送相關(guān)工作狀態(tài)的必要數(shù)據(jù)。

模擬充電裝置各類(lèi)故障模式，按要求對(duì)充電裝置故障保護(hù)功能進(jìn)行檢查與維護(hù)，模擬充電裝置各類(lèi)故障模式進(jìn)行試驗(yàn)，若故障保護(hù)功能按規(guī)定要求正常動(dòng)作，視為保護(hù)功能正常

4.3 輔助裝置檢修與維護(hù)

對(duì)充電輔助裝置中的冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)方向檢查，確認(rèn)所有風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確，風(fēng)機(jī)與其他部位有無(wú)干涉，對(duì)工業(yè)空調(diào)進(jìn)行啟動(dòng)檢查，保證所有空調(diào)能正常工作。對(duì)照明回路控制電源開(kāi)關(guān)加入AC220V 電源，開(kāi)關(guān)各門(mén)，檢查照明燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，門(mén)開(kāi)燈亮，門(mén)關(guān)燈滅[1]。

將溫控器的溫度設(shè)定為環(huán)境溫度范圍之內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)定溫度范圍，使溫控器動(dòng)作，檢查各繼電器輸出接點(diǎn)是否正確。加熱板加入額定工作電壓，檢查是否運(yùn)行正常。

核對(duì)UPS 主機(jī)與電池之間的連線，電池正負(fù)極之間連線尤其需要注意防止短路。線路核對(duì)完全后，在UPS 市電輸入側(cè)接入AC220V 電源，觀察UPS 充電和運(yùn)行是否正常，用萬(wàn)用表測(cè)量UPS 各輸出接點(diǎn)與圖紙的符合性，驗(yàn)證完成后模擬試電和電池故障，檢查輸出信號(hào)正確性，測(cè)量輸出電壓穩(wěn)定性和精度。

4.4 充電裝置自動(dòng)控制性能檢修與維護(hù)

檢查車(chē)輛運(yùn)行各個(gè)階段充電裝置的充電功能是否正常運(yùn)行：

車(chē)輛進(jìn)站：模擬給定車(chē)輛進(jìn)站信號(hào)，充電裝置開(kāi)始工作，模擬儲(chǔ)能電容充電至額定電壓值，充電裝置停止充電。

車(chē)輛越站：在充電過(guò)程中，模擬出站信號(hào)，充電裝置應(yīng)停止充電。

急停信號(hào)：模擬給定車(chē)輛進(jìn)站信號(hào)，充電裝置開(kāi)始工作，此時(shí)按下急停按鈕，充電裝置應(yīng)停止充電并報(bào)警。

射頻卡故障：不給出車(chē)輛位置信號(hào)，在持續(xù)監(jiān)測(cè)到儲(chǔ)能電容電壓5S 后，充電裝置開(kāi)始工作，儲(chǔ)能電容充電至額定電壓值，充電裝置停止充電。

4.5 超級(jí)電容故障檢修

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

超級(jí)電容故障檢修主要是根據(jù)超級(jí)電容的電壓時(shí)間曲線，1700A 的電流給1 組電容充電與4 組電容充電時(shí)，電壓上升速率是不同的；通過(guò)計(jì)算一定時(shí)間范圍內(nèi)電壓的上升速率來(lái)判斷四組超級(jí)電容是否正常工作。

通過(guò)搭建仿真模型對(duì)電容進(jìn)行恒流充電，有軌電車(chē)進(jìn)站初步采用1700A 進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為3 秒，測(cè)試完成后，確定是否使用1700A 繼續(xù)充電，還是按照仿真模型3 秒內(nèi)的測(cè)試電壓范圍進(jìn)行降電流實(shí)驗(yàn)，以此判斷是否超級(jí)電容存在故障。

車(chē)輛進(jìn)站充電裝置啟動(dòng)恒流充電，充電過(guò)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(guī)定在給定的時(shí)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(tǒng)狀態(tài)判斷，在規(guī)定時(shí)間5s 內(nèi)采集0.5s、1.5s、2.5s 的三個(gè)電壓值，作為電壓所處范圍的判斷依據(jù)；如果車(chē)載超級(jí)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(gè)階段的劃分可以采集實(shí)際電流值，如果實(shí)際電流值達(dá)到1700A，則表示進(jìn)入1700A 的恒流充電，否則為爬坡階段)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車(chē)地面充電裝置的系統(tǒng)構(gòu)成、功能、系統(tǒng)保護(hù)等方面進(jìn)行了闡述，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件與需求，研究出一種智能匹配、自動(dòng)檢測(cè)與系統(tǒng)保護(hù)功能兼?zhèn)涞某潆娧b置，有效解決了過(guò)去大功率地面充電裝置充電可靠性低、對(duì)電網(wǎng)沖擊大、弓網(wǎng)拉弧等問(wèn)題，并且向更加可靠性、智能化，與電網(wǎng)及終端車(chē)輛適應(yīng)性更強(qiáng)的方向發(fā)展。