徐洪杰 中車長春軌道客車股份有限公司

地鐵車輛在長期的運行過程中，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、出現(xiàn)的故障、檢修方法三方面進行分析。

一、地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引的故障分析與檢修

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。非正常運行狀態(tài)由于地鐵車輛運行時處于制動、過三軌無電區(qū)、啟動狀態(tài)，并且車輛在上下班高峰時段經(jīng)常會處于過載的運行狀態(tài)。這時會導(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)致繼電器保護裝置的誤動作，對地鐵車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)造成損害。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，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，隨著地鐵車輛運行時間的增加，支撐件上會出現(xiàn)污穢或絕緣支座絕緣保護老化的情況，由此產(chǎn)生的泄漏電流經(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。

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)在進行停電檢修工作時，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)重新送電時發(fā)生鋼軌與三軌之間的直接短路故障。

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端，通過對近遠端斷路故障進行仿真分析，分別得出近遠端斷路點的饋線電流，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)置以下模擬實驗進行故障仿真分析，即設(shè)置1 臺地鐵車輛在0.05s啟動，在0.11s 時分別在2 km、3km 處設(shè)置遠端故障模擬試驗，以此模仿實際的短路故障。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，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，能夠準確地檢測出牽引系統(tǒng)有沒有發(fā)生故障。

二、地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)的故障與檢修

1.輔助系統(tǒng)故障的主要表現(xiàn)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很容易被損壞，雖然其自身有一定的自愈性，但是，當氧化膜的破壞速度大于其自愈速度時，氧化膜來不及修補，就會導(dǎo)致氧化膜被損壞甚至是擊穿，導(dǎo)致電容器失效。電力半導(dǎo)體器件故障逆變器經(jīng)常在強烈的電浪涌環(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)計師在設(shè)計的過程中并不重視對電力半導(dǎo)體器件的保護，所以，導(dǎo)致電力半導(dǎo)體器件失效。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。

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)進行前向計算的過程，即根據(jù)診斷輸入對系統(tǒng)進行診斷的過程。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)進行適當?shù)念A(yù)處理，然后在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進行故障檢測。

三、結(jié)束語

為了確保地鐵車輛可以安全、可靠的運行，需要采取科學(xué)合理的措施來保障地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引及輔助的系統(tǒng)的工作狀態(tài)。因此，為了確保牽引及輔助系統(tǒng)的工作狀態(tài)滿足地鐵運行狀況下的要求，有必要對其故障原因進行細致分析，從而為檢修方案更有針對性的制定打下基礎(chǔ)，進而在有助于提升檢修水平的同時，保障地鐵車輛的運行安全，對于提升我國地鐵車輛的整體運營水平有著極為重要的現(xiàn)實意義。