摘" 要：該文主要介紹南京地鐵2號線ALSTOM項(xiàng)目車型在車輛牽引系統(tǒng)中主熔斷器熔斷后對整車的影響。著重對TCMS系統(tǒng)的牽引高斷閉合授權(quán)、牽引系統(tǒng)的預(yù)充電管理邏輯進(jìn)行詳細(xì)說明并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：地鐵；主熔斷器；TCMS；高斷閉合授權(quán)；預(yù)充電

中圖分類號：U279" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）08-0156-04

Abstract： This paper mainly introduces the impact of the main fuse blowing in the vehicle traction system of the ALSTOM project model of Nanjing Metro Line 2. Emphasis is placed on the detailed explanation of the traction high-breaking and closing authorization of the TCMS system and the pre-charging management logic of the traction system， and the corresponding design scheme is proposed.

Keywords： metro; main fuse; TCMS; high-break closing authorization; pre-charging

南京地鐵2號線于2010年5月開始運(yùn)營，車輛由中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司生產(chǎn)，采用6節(jié)車編組A型車（A1-B1-C1-C2-B2-A2），其中A車為帶司機(jī)室的拖車，B車為帶受電弓的動車，C車為不帶受電弓的常規(guī)動車。南京地鐵2號線列車控制與管理系統(tǒng)（Train Control and Management System，TCMS）和牽引系統(tǒng)使用ALSTOM設(shè)計(jì)方案，4個(gè)牽引系統(tǒng)分別懸掛在B、C車，每個(gè)牽引系統(tǒng)各自獨(dú)立，相互之間沒有通信，全列車采用2個(gè)受流裝置分別安裝在2個(gè)B車，每個(gè)受流裝置分別為各自單元B、C車牽引系統(tǒng)提供高壓。TCMS與牽引系統(tǒng)是制約地鐵列車安全、正點(diǎn)運(yùn)營的關(guān)鍵，在運(yùn)營期間由于多次出現(xiàn)因單個(gè)牽引系統(tǒng)故障造成主熔斷器熔斷后另一個(gè)牽引鎖閉的問題，導(dǎo)致出現(xiàn)了正線清客事件，給正線行車組織帶來了較大的安全隱患。

1" 原因分析

1.1" 事件情況介紹

2022年9月4日5時(shí)36分電調(diào)報(bào)孝陵衛(wèi)牽混所211開關(guān)、苜蓿園牽混所213開關(guān)跳閘，自動重合閘成功，故障導(dǎo)致孝陵衛(wèi)至苜蓿園（不含）下行接觸網(wǎng)短時(shí)失電，苜蓿園下行0801（027+028）次司機(jī)報(bào)PCE4（Propulsion Control Electronics4）（028B）被鎖閉并伴有焦糊味，行調(diào)組織列車單弓（后弓）運(yùn)行后出現(xiàn)PCE3（028C）牽引鎖閉，后運(yùn)行至油坊橋基地下線。

2022年8月23日19時(shí)31分電調(diào)報(bào)元通至集慶門接觸網(wǎng)跳閘，自動重合閘不成功，影響集慶門至漢中門上行（不包含）短時(shí)失電，故障區(qū)域內(nèi)有1列車2912次（029+030）。該車司機(jī)報(bào)PCE1（029B）被鎖閉，在集慶門上行清客完畢后降前弓運(yùn)行后出現(xiàn)PCE2（029C）牽引鎖閉，后運(yùn)行至苜蓿園存車線下線。

上述2起事件都是由于單個(gè)牽引系統(tǒng)故障而造成弓網(wǎng)跳閘、車輛主熔斷器熔斷。但在故障處置中發(fā)現(xiàn)，只要將故障牽引系統(tǒng)相應(yīng)的受流裝置降下后，單弓運(yùn)行時(shí)，就會出現(xiàn)沒有高壓受流的另一個(gè)沒有故障的牽引系統(tǒng)鎖閉的情況。下載的數(shù)據(jù)顯示均為預(yù)充電失敗故障導(dǎo)致的牽引鎖閉。

1.2" 車輛數(shù)據(jù)分析

圖1為2022年9月4日故障時(shí)間段，車輛行車記錄儀中記錄的數(shù)據(jù)。如圖所示，列車由于028B車牽引逆變器故障導(dǎo)致接觸網(wǎng)跳閘后，該牽引逆變器被鎖閉，司機(jī)單弓運(yùn)行，在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)了028C車牽引被鎖閉的情況。行車記錄儀數(shù)據(jù)2顯示，列車在單弓運(yùn)行時(shí)一旦出現(xiàn)牽引指令，028C車牽引系統(tǒng)高速斷路器（High Speed Circuit Breaker，HSCB）就被打開，在HSCB被打開3次后該牽引逆變器被鎖閉。此時(shí)出現(xiàn)了2種異常情況：①受電弓降下后，在沒有高壓的情況下，028C車非故障牽引系統(tǒng)HSCB閉合了；②028C車牽引在連續(xù)報(bào)了3次故障后被鎖閉。

圖2中分別記錄了028C（非故障牽引）與028B車（故障牽引）的牽引數(shù)據(jù)。通過比對數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在司機(jī)降下故障牽引單元受電弓推牽引動車時(shí)，028C車（非故障牽引）牽引系統(tǒng)報(bào)“預(yù)充電失敗Sup filter charging fault-short”的故障，連續(xù)報(bào)3次該故障后逆變器鎖閉。并且在故障事件的環(huán)境變量中發(fā)現(xiàn)了異常，在正常情況下，本單元的受電弓降下后牽引系統(tǒng)的前端線電壓應(yīng)該為0 V，但在數(shù)據(jù)中記錄了028B車前端線電壓為900 V左右，而028C車前端線電壓為0 V，此時(shí)028B的主熔斷器已經(jīng)熔斷了，不應(yīng)該出現(xiàn)900 V左右的電壓情況。并且，028C車已經(jīng)檢測不到前端線電壓，不應(yīng)出現(xiàn)預(yù)充電的過程。

通過比對2022年8月23日同類型故障及其他由于牽引逆變器問題導(dǎo)致接觸網(wǎng)跳閘的故障，發(fā)現(xiàn)了共性的問題。只要任意單元B車的主熔斷器熔斷，并且降下故障單元的受電弓后，就會出現(xiàn)：①同故障牽引單元的C車牽引系統(tǒng)HSCB異常閉合，并且在牽引工況下出現(xiàn)預(yù)充電失敗的故障；②故障牽引系統(tǒng)的存在900 V左右的前端線電壓。

1.3" 故障的原因及影響

1.3.1" HSCB異常閉合原因分析

根據(jù)高斷授權(quán)閉合的邏輯分析，當(dāng)牽引控制器接受到來自于TCMS系統(tǒng)的HSCB閉合授權(quán)信號PCElt;igt;_CAuthClsHSCB后，牽引控制器就會閉合HSCB。而PCElt;igt;_CAuthClsHSCB信號則是判斷本單元的2個(gè)牽引任意一個(gè)有高壓存在信號，并且沒有降弓請求與降弓命令（脈沖信號）。通過圖2發(fā)現(xiàn)，雖然受電弓在降弓狀態(tài)，但028B的牽引數(shù)據(jù)中記錄了前端線電壓為900 V左右。因此TCMS判斷符合高斷閉合授權(quán)的條件，隨即向028B和028C發(fā)送PCElt;igt;_CAuthClsHSCB的命令，028B車由于是故障牽引已經(jīng)鎖閉，因此HSCB沒有閉合，而028C車牽引收到PCElt;igt;_CAuthClsHSCB的命令后閉合了HSCB[1]。

1.3.2" 非故障牽引逆變器報(bào)“預(yù)充電失敗”的故障原因分析

如圖3所示預(yù)充電的邏輯分析，對于牽引系統(tǒng)預(yù)充電的條件必須滿足：①高壓存在信號，該信號由前端低壓檢測器（Low Voltage Monitoring Device，LVMD）檢測到大于950 V電壓來判定。②或者受到了牽引指令，該信號由TCMS通過車輛MVB網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。③HSCB已經(jīng)閉合并且主充電接觸器（KIC）、預(yù)充電接觸器（Charging Contactor，CCC）打開。④沒有打開HSCB、KIC的故障請求。⑤沒有施加緊急制動。雖然028C車牽引系統(tǒng)沒有檢測到高壓信號，但由于028B車的高壓值異常，TCMS已經(jīng)向本單元的2個(gè)牽引系統(tǒng)發(fā)送了高斷授權(quán)閉合信號，028C車的高斷已經(jīng)閉合，此時(shí)只要收到列車發(fā)送的牽引指令，就會進(jìn)入預(yù)充電程序。當(dāng)進(jìn)入預(yù)充電后，牽引控制器首先會閉合預(yù)充電接觸器CCC，這樣線電壓通過CCC向預(yù)充電電阻CCZ充電，當(dāng)后端線電壓檢測器（Fuse Voltage Monitoring Device，F(xiàn)VMD）檢測到電壓達(dá)到900 V時(shí)，就會閉合主接觸器KIC，斷開CCC，完成充電過程。但由于028C車本身沒有線電壓，無法完成充電，F(xiàn)VMD沒有檢測到電壓值，因此判斷為預(yù)充電失敗[2-3]。

1.3.3" 故障牽引系統(tǒng)電壓異常的原因分析

根據(jù)圖4牽引系統(tǒng)高壓部分原理圖進(jìn)行分析，來自接觸網(wǎng)的高壓通過B車頂部高壓受流裝置，再通過主熔斷器MF（Main Fuse）1和MF2，分別向B、C車牽引系統(tǒng)提供高壓電。并且通過B車牽引系統(tǒng)高壓轉(zhuǎn)換開關(guān)IES將列車兩端A車的輔助系統(tǒng)的高壓母線連接在一起。牽引與輔助系統(tǒng)的高壓通過IES中的輔助二極管（Analog Driver，AD）進(jìn)行隔離，即本單元的受流裝置可以通過輔助二極管AD向輔助母線提供高壓，但由于二極管反向截止的特性，另一單元的受流裝置不能通過輔助母線向本單元的牽引系統(tǒng)提供高壓[4]。

將高壓電路簡化為圖5所示的等效電路，在反向AD后串接了LVMD與高壓檢測繼電器（High Voltage Detection Relay，HVDR）的并聯(lián)電路，等效電阻值是LVMD大于反向AD，反向AD遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HVDR。當(dāng)降下一個(gè)受流裝置后，來自另一個(gè)受流裝置的高壓在本單元B車的輔助二極管AD處反向截。通過二極管的特性，雖然電壓值在截止區(qū)，但截止區(qū)仍然有微小的電流流過。通過歐姆定律得知，AD處的壓降要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于LVMD處的壓降，此時(shí)B車的LVMD檢測到的電壓很小，無法向TCMS發(fā)出高壓存在的信號，那么B、C車的高斷閉合授權(quán)也不會發(fā)送。一旦在此狀態(tài)下，B車主熔斷器MF1熔斷，那么反向AD后電路就變成了只串接了一個(gè)LVMD，由于等效電阻值LVMD大于反向AD，此時(shí)AD處壓降變小，LVMD壓降變大，造成了LVMD檢測到較高電壓。

2" 故障驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述情況，對028C車牽引數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，降下本單元受電弓后前端線電壓值為13 V左右，緩解緊急制動后在沒有線電壓的情況下HSCB閉合，給牽引指令后，開始預(yù)充電CCC閉合，200 ms后由于后端線電壓沒有達(dá)到預(yù)定值，判定預(yù)充電失敗，打開HSCB。后對028B車數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，此時(shí)前端線電壓值一直停留在1 000 V左右。驗(yàn)證情況符合分析結(jié)果。

3" 問題與解決方案

3.1" 存在的問題

南京二號線線網(wǎng)情況較為復(fù)雜，剛性接觸網(wǎng)、柔性接觸網(wǎng)并用，地下站、地面站、高架站均有，這就使得接觸網(wǎng)壓時(shí)有波動，對于主熔斷器的工作要求非常高，在部件參數(shù)達(dá)標(biāo)合格的情況下類似這種主熔斷器熔斷情況還是時(shí)有發(fā)生。加之由于車輛在正線發(fā)生主熔斷器MF1熔斷后，按照目前的故障處理?xiàng)l例，司機(jī)會控制列車進(jìn)入降單弓運(yùn)行模式，并且因?yàn)槎柧€線路實(shí)際情況，會長時(shí)間執(zhí)行此操作，必然會對同單元C車牽引產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，使之鎖閉。一旦發(fā)生C車牽引鎖閉，按照南京地鐵正線行車要求，即會安排車輛就近請客下線，這無疑擴(kuò)大了故障影響，造成市民出行不便。所以，該系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)完全不能滿足設(shè)計(jì)需求。

3.2" 解決方案

第一，車輛軟件方面：聯(lián)合法國ALSTOM公司、中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司、南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司車輛分公司三方共同研究在高速斷路器授權(quán)閉合邏輯中增加對主熔斷器的判斷要求，使之邏輯更加嚴(yán)謹(jǐn)。

第二，部件設(shè)計(jì)方面：建議中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司對南京地鐵2號線ALSTOM項(xiàng)目B車高壓熔斷器箱內(nèi)的高壓檢測繼電器HVDR位置進(jìn)行變更，由原先接在MF1前端改為MF1后端，這樣即使在MF1熔斷后，仍可與LVMD進(jìn)行并聯(lián)，減小了LVMD處的等效電阻。

第三，日常檢修方面：對各車主熔斷器運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)摸排，對其使用壽命時(shí)間進(jìn)行論證，優(yōu)化部件檢修方案。

4" 結(jié)束語

牽引系統(tǒng)是列車運(yùn)行的重要系統(tǒng)，首要考慮的是該系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，已經(jīng)出現(xiàn)故障后的安全性。南京地鐵2號線在出現(xiàn)B車主熔斷器MF1熔斷后會影響C車牽引功能，鑒于此故障對列車安全性帶來重大影響，因此對控制與管理邏輯進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過對改進(jìn)后運(yùn)營數(shù)據(jù)的比對與跟蹤，該設(shè)計(jì)方案可以有效地解決上述問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中車浦鎮(zhèn)車輛廠有限公司.TCMS功能與故障診斷說明書[Z].南京：中車浦鎮(zhèn)車輛廠有限公司，2017.

[2] ALSTOM有限責(zé)任公司.牽引功能需求說明書[Z].上海：上海ALSTOM有限責(zé)任公司，2017.

[3] ALSTOM有限責(zé)任公司.牽引軟件需求規(guī)范[Z].上海：上海ALSTOM有限責(zé)任公司，2017.

[4] ALSTOM有限責(zé)任公司.牽引系統(tǒng)電器原理圖[Z].上海：上海ALSTOM有限責(zé)任公司，2017.