劉寧

摘 要：北京地鐵首都機(jī)場(chǎng)線是一條主要服務(wù)于航空旅客，具有城市候機(jī)樓功能，能夠提供“安全、快捷、舒適”服務(wù)的客運(yùn)專線。首都機(jī)場(chǎng)線車輛牽引系統(tǒng)采用加拿大龐巴迪產(chǎn)品（101-110車組，除104車組試驗(yàn)外）、（國(guó)產(chǎn)）南京華士電子科技有限公司產(chǎn)品（104車組），龐巴迪采用基于優(yōu)化轉(zhuǎn)差頻率的VVVF控制策略，國(guó)產(chǎn)化設(shè)備采用磁場(chǎng)定向閉環(huán)控制策略。首都機(jī)場(chǎng)線車輛的牽引系統(tǒng)均由國(guó)外引進(jìn)，關(guān)鍵技術(shù)及備品備件完全依賴進(jìn)口，造成車輛維修維護(hù)困難、運(yùn)營(yíng)成本較高。因此對(duì)牽引系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化，國(guó)產(chǎn)設(shè)備于2017年年底安裝在104車組，運(yùn)營(yíng)至2020年4月，車輛走行公里40萬公里。本文主要對(duì)國(guó)產(chǎn)牽引變流器原理進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，并對(duì)實(shí)際使用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了介紹、原因分析、提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：國(guó)產(chǎn)化;牽引系統(tǒng);原因分析;解決措施

中圖分類號(hào)：U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 牽引變流器的構(gòu)成

國(guó)產(chǎn)化牽引變流器用于首都機(jī)場(chǎng)線4節(jié)編組全動(dòng)車直線電機(jī)車輛，列車編組示意圖見圖1所示。每個(gè)列車共有4個(gè)牽引變流器。每個(gè)牽引變流器由高壓箱和逆變箱兩部分構(gòu)成。

圖1 列車編組示意圖

2 牽引變流器設(shè)備配置

2.1 高壓箱設(shè)備配置

牽引變流器高壓箱，由輸入保險(xiǎn)，輸入電流、電壓傳感器，充電電阻，充電、主接觸器，輸入電抗器，電感風(fēng)機(jī)，交流濾波電容、吸收電阻、磁環(huán)組合成一個(gè)濾波模塊，斬波電阻，HARTING連接器組成。

2.2 逆變箱配置

牽引變流器逆變箱，由支撐電容，IGBT，DCU單元，輸出電流傳感器，輸入電流傳感器，斬波電流傳感器，電壓傳感器，逆變風(fēng)機(jī)，內(nèi)部風(fēng)機(jī)，自放電電阻，接地電容，接地電阻，小電容，濾波器，HARTING連接器等組成。

3 功能說明

牽引系統(tǒng)（PCU）由高壓箱和逆變箱組成，供電線路750VDC從第三軌集電靴進(jìn)入高壓箱，通過輸入保險(xiǎn)絲，進(jìn)入由充電接觸器、充電電阻和主接觸器構(gòu)成的充電回路，進(jìn)而通過濾波電抗器后接入逆變箱直流正母線。在濾波電容器充電后，逆變箱將三軌直流電壓變換成三相幅值、頻率可變電壓并提供給直線電機(jī)。同時(shí)直流電流通過負(fù)母線返回至直流供電的回路。

4 牽引變流器在應(yīng)用過程中較突出的故障分析與改正措施

4.1 故障名稱：濾波電容充電故障

故障分析：

? ?牽引變流器出現(xiàn)濾波電容預(yù)充電故障的主要條件如下：

（1）未檢測(cè)到預(yù)充電接觸器的動(dòng)作反饋信號(hào);（2）實(shí)施檢測(cè)的濾波電容的電壓值與母線電壓值之間的差值>50 V，且時(shí)間超過2 s。

排查過程：

（1）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)預(yù)充電接觸器進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)預(yù)充電接觸器能夠正常吸合;（2）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)預(yù)充電電阻進(jìn)行了檢測(cè)，預(yù)充電電阻值正常;（3）通過對(duì)預(yù)充電回路的前端部件進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)PCU的輸入熔斷器已熔斷，導(dǎo)致PCU熔斷器后端的主電路無高壓。

故障原因：經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步排查，發(fā)現(xiàn)PCU的輸入電抗器的電氣接口存在有明顯的水跡現(xiàn)象。由于電抗器的電氣接口端與機(jī)械接口端發(fā)生短接現(xiàn)象，導(dǎo)致PCU主電路的接地短路，產(chǎn)生瞬間的短路電流，觸發(fā)熔斷器熔斷保護(hù)。

解決措施：為了保障車輛的能夠快速投入運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)腔體進(jìn)行了清潔和風(fēng)干;更換PCU的輸入熔斷器。并進(jìn)行靜態(tài)高壓通電測(cè)試和牽出線動(dòng)車調(diào)試。

針對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了以下優(yōu)化：

（1）電感散熱風(fēng)機(jī)電源輸入端增加接觸器控制，當(dāng)車輛停止運(yùn)行時(shí)，可通過控制風(fēng)機(jī)接觸器斷開，切斷風(fēng)機(jī)電源，使風(fēng)機(jī)在車輛停止工作時(shí)，處于關(guān)閉狀態(tài);（2）風(fēng)機(jī)的電氣接口部分，做涂覆絕緣膠或絕緣泥進(jìn)行處理，優(yōu)化電抗器腔體進(jìn)風(fēng)口門板的格柵設(shè)計(jì)，有效防止大面積的雪，塵等異物進(jìn)行腔體中。

4.2 故障名稱：牽引高壓箱濾波風(fēng)機(jī)運(yùn)營(yíng)異常

故障分析：2號(hào)車PCU風(fēng)扇接觸器打開，2號(hào)車PCU濾波風(fēng)扇無法正常工作，進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)PCU的輸入電抗器散熱風(fēng)扇出現(xiàn)異常，輔助供電系統(tǒng)（APU）中的該風(fēng)扇的斷路器過流保護(hù)斷開，但牽引系統(tǒng)仍然處于正常工作狀態(tài)中。最終PCU的輸入電抗器在無散熱的環(huán)境下進(jìn)行工作，產(chǎn)生異味。

故障原因：由于天竺車輛段停車環(huán)境較為惡劣，風(fēng)機(jī)在24 h高速運(yùn)轉(zhuǎn)，不停機(jī)，風(fēng)機(jī)的葉輪上積塵較多，且積塵面積不均勻，運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡被破壞，影響2號(hào)車PCU濾波風(fēng)扇無法正常工作，導(dǎo)致斷路器過流保護(hù)斷開，造成輸入電抗器在無散熱的環(huán)境下進(jìn)行工作，過熱產(chǎn)生異味。

解決措施：在APU上傳的健康信號(hào)的邏輯條件中，增加PCU散熱風(fēng)扇接觸器的狀態(tài)，確保在風(fēng)扇故障后，車輛牽引系統(tǒng)停止工作;更換2號(hào)車PCU濾波散熱風(fēng)扇，試車試驗(yàn)正常。

針對(duì)濾波散熱風(fēng)扇故障問題進(jìn)行以下整改：在保證散熱的前提下，由原來的二極風(fēng)機(jī)變更為四極風(fēng)機(jī)（主要是針對(duì)風(fēng)機(jī)的電機(jī)），降低其轉(zhuǎn)速。將風(fēng)機(jī)的葉輪由鉚接的方式改為焊接的方式，提到風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡性能，將風(fēng)機(jī)的葉輪進(jìn)行表面處理，避免其大量的積塵。

4.3 故障名稱：牽引系統(tǒng)與制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)電制動(dòng)與液壓制動(dòng)出現(xiàn)疊加故障

故障分析：在DTO模式（自動(dòng)駕駛模式）下，國(guó)產(chǎn)化牽引系統(tǒng)在低于20 km/h速度運(yùn)行時(shí)，仍有電制動(dòng)力，進(jìn)而導(dǎo)致電制動(dòng)和液壓制動(dòng)同時(shí)施加，使車輛出現(xiàn)制動(dòng)欠標(biāo)現(xiàn)象。龐巴迪牽引系統(tǒng)在低于20 km/h速度運(yùn)行，電制動(dòng)力逐步淡出。

故障原因：在國(guó)產(chǎn)化設(shè)備研制過程中未設(shè)置DTO模式下，車輛電制動(dòng)與液壓制動(dòng)的區(qū)分，電制動(dòng)一直施加到接近零速，因此導(dǎo)致列車在DTO運(yùn)行模式下的制動(dòng)欠標(biāo)。

解決措施：根據(jù)上述分析，電工所及華士公司研發(fā)人員在牽引系統(tǒng)中添加了DTO模式下的電制動(dòng)命令讀取功能及電制動(dòng)切除功能，實(shí)現(xiàn)電液制動(dòng)的有效配合。

5 結(jié)束語

目前首都機(jī)場(chǎng)線車輛牽引系統(tǒng)采用龐巴迪核心技術(shù)，對(duì)于運(yùn)營(yíng)維護(hù)企業(yè)來說，設(shè)備的維護(hù)，備件的采購(gòu)周期及費(fèi)用，技術(shù)支持上均造成一定的困擾。本次首都機(jī)場(chǎng)線104車進(jìn)行牽引變流器國(guó)產(chǎn)化試驗(yàn)及應(yīng)用，在這些方面都帶來了較便捷的解決辦法，雖然在應(yīng)用的過程中出現(xiàn)了一些問題，但從國(guó)產(chǎn)技術(shù)發(fā)展、提高設(shè)計(jì)及維護(hù)人員技術(shù)的角度來說，這些問題正好是不斷提高的基礎(chǔ)，為首都機(jī)場(chǎng)線車輛的增購(gòu)、廠修項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。

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