苏州轨道交通一号线列车典型紧急制动故障分析与处理

2016-03-09徐新玉

轨道交通装备与技术 2016年3期

徐新玉

(1.苏州大学机电工程学院江苏苏州 215021；2.苏州建设交通高等职业技术学校江苏苏州 215124)

1 列车编组与制动系统

1.1 列车编组

苏州轨道交通一号线列车采用由2个列车单元(Tc*Mp)组成的2动2拖4辆编组(见图1)，每个(Tc*Mp)为最小可动单元，当整列车解编为2个(Tc*Mp)单元时，每个(Tc*Mp)单元在人工简单操作下可迅速形成端车回路，在Tc车可操控(Tc*Mp)单元。编组形式为=Tc*Mp=Mp*Tc=(其中：=为半自动车钩，*为半永久牵引杆)。

图1 基本编组示意图

1.2 制动系统概况

一号线列车采用克诺尔公司的EP2002空气制动系统，能够实现常用制动、快速制动、保持制动、紧急制动、停放制动、车轮防滑保护、载荷补偿、制动混合等功能。控制方式为以转向架为单位的“架控式”，内设监控终端，具有自诊断和故障记录功能，能在司机控制器或自动驾驶系统(ATO)的控制下对列车进行阶段性或一次性的制动与缓解。

在正常制动过程中，电制动和空气制动随时协调配合以满足制动指令的要求，并且优先采用电制动(电制动包括电阻制动和再生制动)，如果电制动不能满足总制动力的需求，由空气制动自动补充，并且优先补充拖车的空气制动。为保证列车运行安全而设有的紧急制动，通过带电的紧急制动环路来控制，并最终由空气制动基础装置执行，当紧急制动环路断开导致紧急电磁阀失电时施加紧急制动，紧急制动采用纯空气摩擦制动。紧急制动是故障安全环路，不可逆，当所有紧急制动触发条件都消失，在零速时紧急制动缓解。在常用制动和紧急制动过程中，该系统都具有防滑控制功能和载荷补偿功能。

1.3 紧急制动控制原理

紧急制动的控制原理为紧急制动接触器EBK高电平得电缓解，低电平触发，由紧急制动列车环路控制(见图2)，环路上任意一点断开将触发紧急制动。触发条件主要有：(1)紧急制动断路器EBCB断开；(2)非ATO模式下，未按下司机室中的警惕装置超过3 s；(3)在非零速状态下方向手柄过零位；(4)车辆控制单元(VCU)触发紧急制动；(5)断开钥匙；(6)按下蘑菇按钮；(7)总风压力低于5.5 bar；(8)列车自动保护系统(ATP)触发紧急制动(以上8种情况在图中的安全回路标识依次为A、B、C、D、E、F、G、H)；(9)紧急制动环路上连接器虚接、继电器故障等硬线故障。

2 列车紧急制动故障现象

2.1 紧急制动不缓解故障

图2 紧急制动回路

2012年1月31日，0105车在下行金枫路出站后发生紧急制动停车，当时列车气压、网压正常，Tc1车一位端为激活端，司机检查发现各断路器正常，蘑菇按钮没有被按下，尝试隔离Tc1车一位端ATP，按压警惕按钮旁路开关与主风缸低压旁路开关后仍无法缓解紧急制动，重启列车也无法消除故障，最终列车被救援回库。2月1日上午该列车上正线试运行，10∶30，该车上行至文化博览中心到东方之门区间触发紧急制动且无法缓解，司机申请并尝试切除ATP后发现紧急制动仍无法缓解。

2.2 OBCU冗余造成紧急制动

2012年2月10日，0115车在钟南街下行线进存车线时，在AM模式下，车辆显示屏显示“警惕按钮松开”，施加紧急制动。司机缓解紧急制动后，以AM模式仍然不能动车，改用SM模式能动车。

2.3 不明原因紧急制动

据统计，2012年4月6日至18日，0110车累计发生19起紧急制动故障。故障特点：(1)故障均在列车停稳后便立即消失；(2)上、下行线路均有发生，故障发生的时间和地点没有规律；(3)列车回库后，车辆状态显示一切正常，故障无法重现，故障排除比较困难。

2.4 ATO模式丢失造成紧急制动

2012年12月1日，0110车在桐泾北路至西环路上行区间100 m标091处车辆显示屏显示紧急制动，正常缓解动车。

3 列车紧急制动故障分析与处理

3.1 紧急制动不缓解故障排查与处理

故障车辆回库后，下载列车相关故障数据记录，排除了VCU、ATP触发紧急制动的可能；根据司机操作也可以排除主风管低压、断路器脱扣而造成的紧急制动。司机曾申请并尝试按压警惕按钮旁路开关后仍无法缓解紧急制动，排除了警惕按钮故障。根据在现场的推断，有针对性地对列车Tc2车一位端的低压箱连接器、压力开关连接器进行晃动，观察紧急制动是否触发。最终在晃动主风管低压压力开关旁边线缆时发现紧急制动触发，因此将故障点定位到该连接器。连接器的母针有一明显缺口造成公、母针配合后松动(见图3)，故障线号为G700U(见图4)。后来压力开关供应商克诺尔公司更换了该针，没有再发生此故障。

图3 故障母针位置图4 故障线缆位置

3.2 OBCU冗余造成紧急制动故障分析

在AM驾驶模式下，OBCU-ATO驱动模式继电器AMR(见图5)会出现瞬时失电，即当OBCU切换主从状态，进行冗余时，不能做到无缝切换。根据电气原理图(见图6)，AMR瞬时失电会造成紧急制动列车线失电，触发紧急制动，同时触发“警惕按钮松开”故障。这是设计缺陷，在AM驾驶模式下，一旦OBCU切换冗余就会发生这样的现象。

图5 AMR继电器驱动

图6 AMR触点与DMR触点

3.3 不明原因紧急制动故障排查与处理

根据故障发生频率和特点，通过跟踪排查列车电器元件、接线状态，并在正线开展跟车测试，初步查找出3个故障点并对其进行修复，使得紧急制动问题得到有效控制。为了尽快缩短故障排除时间，又采用部件替换法来确定其他故障点，但是故障仍未解决。

由于紧急制动回路电气连接点较多，同时电气接线不良的现象比较特殊，接线不良瞬间发生又瞬间恢复，通过常规的目视检查手段已无法查到接线不良故障点，在对多种方案进行可行性分析后，决定采用示波仪监视控制环路上的节点，以此来定位故障点。总体思路是在环路上设置10个监视点，用示波仪记录这10个点的电压信号状态，分析在紧急制动施加时这10个节点的失电顺序来定位故障点。

在第3次测试过程中，在Mp1车二位端电气柜内矩形连接器CM04C2LD-21上增加了1个监视点11。4月18日14∶35，列车由金枫路上行出站触发紧急制动且不能缓解，示波仪记录数据显示监视点7先失电，而监视点11延时失电，因此，将故障疑点锁定在Mp1车二位端电气柜内CF04C2LD-21矩形连接器上，如图7所示。

图7 矩形连接器

该连接器针的瞬间中断故障导致列车施加紧急制动，库内对该连接器进行检查，初步判断该连接器存在以下问题：(1)连接器安装支架设计不合理，支架采用两点线性固定方式，不牢固，在正线容易引起共振；(2)连接器自身设计不合理，连接器金属外壳较塑料绝缘体超高，导致公母连接器塑料绝缘体无法插接到位，公母针配合深度不够，仅3 mm左右，在正线振动工况下很容易瞬间中断；(3)连接器针压接工艺存在问题，容易造成接线虚接甚至脱落。

列车回库后对6、7点之间的节点进行排查，首先检查Mp1车二位端电气柜内CF04C2LD-23矩形连接器，发现公母针搭接量为4 mm左右，符合要求，但个别配合有间隙，这与之前晃动连接器支架可以模拟出紧急制动的说法相吻合。其次对列车进行单元解编，发现Mp2车车钩连接器内下部弹性触点萎缩，Mp1车正常。该处各有2组活动触点，分别与2个平面相接触，列车接线时使用了下部2组触点。该连接器的1根进线通过短接桥连接到2个触点上，属于冗余设计，列车振动引发下部右侧连接不足，由于下部左侧触点萎缩无法导通，因而紧急制动控制环路失电,如图8所示。

图8 半自动车钩紧急制动回路触点对比

联系车钩供应商完成了对Mp2车车钩连接器上2个弹性触点的更换。更换完成之后，检修车间又安排0110车上线继续跟踪。跟踪观察列车运行一周，未再发生不明原因紧急制动，至此，此故障彻底解决。

3.4 ATO模式丢失造成紧急制动故障分析

通过下载事件记录仪(EVR)数据进行分析可以看出：列车在施加紧急制动状态下，存在1个明显的ATO模式丢失现象导致车辆AMR继电器失电。当AMR继电器失电后，紧急制动回路将失电，列车施加紧急制动。

4 预防措施与对策

4.1 紧急制动不缓解故障预防措施与对策

从0105车发生紧急制动不缓解这起故障排查与处理过程可以看出接线工艺的重要性。为防止类似故障再次发生，苏州轨道交通运营分公司车辆中心会同中车南京浦镇车辆有限公司(以下简称中车浦镇公司)一起对所有上线运行车辆的压力开关连接器进行了普查，并就可能的隐患进行了处理。对于该起事件车辆中心在故障分析例会上要求中车浦镇公司从连接器设计选型、接线工艺和施工等方面给出分析报告和进一步的解决措施，来提高列车运行的可靠性和稳定性。

4.2 OBCU冗余造成紧急制动故障的预防措施与对策

针对OBCU冗余造成紧急制动故障现象，建议将该AMR触点移至DMR继电器上方，即与司控器警惕按钮触点并联，充分利用DMR继电器延时3 s失电功能。同时要求西门子信号公司设法做到OBCU冗余时无缝切换，让AMR不失电。

4.3 不明原因紧急制动故障预防措施与对策

从0110车发生的多起紧急制动故障排查与处理过程可以看出车钩连接器的重要性，建议中车浦镇公司进一步加强与车钩供应商的沟通联系，完成对Mp2车车钩连接器上2个弹性触点的更换，确保车钩连接器内下部弹性触点正常导通，避免由于列车振动等原因引发下部右侧连接不良，造成下部左侧触点萎缩无法导通，导致紧急制动控制环路因失电引起紧急制动故障。