沈阳地铁1号线电客车辅助电源系统过电压故障的分析及对策

2018-09-12魏红梅李树生

铁道机车车辆 2018年4期

魏红梅，李树生

(沈阳地铁集团有限公司，沈阳 110141)

1 辅助电源系统简介

1.1 辅助电源系统功能及原理介绍

沈阳地铁1号线既有电客车辅助电源系统(SIV)由三菱电机提供，增购电客车由时代电气提供，主要以增购电客车为例对辅助电源系统过电压故障进行分析。辅助电源系统是将接触网DC 1 500 V 电压经输入滤波电路滤波后通过变流器转变为三相交流电，后经变压器降为三相AC 380 V 电源并经滤波后提供三相AC 380 V 电源；蓄电池充电机(BCG)将AC 380 V 转换为DC 110 V 为电客车提供电源；DC/DC变换器将DC 110 V 转换为DC 24 V(原理如图1所示)，该系统主要由辅助逆变器箱、辅助高压箱、变压器箱及扩展供电箱组成。每列电客车安装2套辅助电源装置和蓄电池组，其输出能力满足6辆编组列车各种负载工况的用电要求，辅助电源系统的总容量为180 kVA，当其中一套辅助电源装置故障情况下，系统采用扩展供电方式由另一套辅助电源装置来保证全列车负载用电，此时列车空调系统减载运行。

1.2 沈阳地铁1号线列车辅助电源系统的运行现状

沈阳地铁1号线电客车辅助电源系统整体运行稳定，但2017年4月1日至6月13日的正线运营时段，在某区间频繁报SIV输入电压过电压故障(共计发生386次)，电客车频繁启动应急照明，引起多起乘客投诉，严重影响了电客车的服务质量。文中通过从原理方面分析故障原因，并通过从影响网压波动的多个因素综合分析，最终得出过电压故障的解决途径。

2 故障原因分析

2.1 原理分析

SIV输入电压过压故障是当辅助电源系统检测到输入网压传感器(SV1)或滤波电容器电压传感器(SV2)的电压值(具体传感器位置见图1)达到2 050 V并持续20 ms 时报此故障，故障的情况如表1。

图1 辅助系统控制原理电路

表1 故障说明表

2.2 数据分析

通过对事件记录仪、SIV数据进行综合分析，得出如下结论：

(1) 所有故障发生在早晚高峰时间段；

(2) 所有过电压保护发生地点都在下行区间。

(3) 所有列车发生过压保护时，列车处在制动工况，速度基本都在70 km/h 左右；

(4) 所有SIV检测到的网压均大于过压保护门槛值，过电压保护8 s 后，自动恢复。

2.3 影响因素分析

2.3.1车辆侧原因分析与排查

(1) 确认电客车整改情况

确认在该故障发生前，电客车是否进行过相关参数更改。

(2) 电客车故障排查情况

检查电压传感器SV1、SV2电缆连接情况，确认接线状态；进行时序测试检查闸极控制装置，确认闸极控制装置工作状态。

经确认，电客车未进行过相关整改且设备状态正常。考虑到过电压保护在不同电客车上频繁发生且自动恢复后正常运行，排除电客车本身故障。

2.3.2其他因素分析

(1) 整改情况：经调查在故障发生前信号、供电、工务等专业对设备均未进行过相关整改；

(2) 车况分析：所有过压保护列车均处在制动工况，且此时的速度较大均在70 km/h左右，需求的制动力较大，电制动反馈的电能就多，促使网压提升。

(3) 线路分析：青年大街站为沈阳地铁1、2号线换乘站，故障发生点位于线路的最底层，坡度最大。由于电客车存在一个向前的加速度，使其停车的电制动反馈电能越多，促使网压提升。

(4) 载客量分析：由于故障发生在早晚高峰点，载客量比较大，使其停车的电制动反馈电能越多，促使网压提升。且由于客流量突然增加等因素，可能导致该故障的发生。

(5) 行车组织分析

在同一供电区间内，同时无电客车处于牵引工况消耗电能，拉低网压。

(6) 信号控车分析

① 指令控制分析

在信号控车即ATO运行模式下，其控车指令在速度达到最大时存在突变情况，即在速度最高时存在突然施加较大制动力的情况，而此时也是SIV过电压故障的发生点(见图2所示)。

图2 信号故障截图

② 指令变化情况分析

减少制动指令次数可降低电制动的投入次数，在电制动整体投入时间减少的情况下，减少制动指令可减少电制动能量的反馈。经调查，在信号控车即ATO运行模式下，电客车存在制动指令投入较多、持续时间较长，牵引制动指令变化相对较为频繁的情况，图3为事件记录仪中某站点牵引制动指令的变化情况。

③ 速度变化趋势分析

速度较高时施加制动可引起网压更高幅度的提升，在进行数据分析过程中发现速度存在持续时间较短、速度较高情况(如图4所示)。

(7) 接触网空载网压值分析

接触网网压的输出标准值为1 500 V，通过对沈阳地铁1号线空载网压(区间不行车时的网压)进行分析，目前的实际输出网压基本保持在1 650 V 左右，最高达到1 716 V (如图5所示)，总网压值为空载网压与电客车反馈网压之和。

图3 事件记录截图

图4 速度较高持续时间较短截图

图5 空载网压记录

2.4 原因分析

在过电压故障发生前车辆、信号，供电、工务等专业均未进行过整改作业，而过电压故障是由于上述各种因素叠加导致，因此推断过电压故障是由于运营高峰期的客流突增因素引起。

3 解决措施

通过对影响网压波动的各因素进行综合分析并对实际实施的可行性进行综合评估后，解决途径如下：

3.1 限速

针对电客车在高速行车过程中施加制动时报此故障，即针对高速停车时需求的制动力大即电制动反馈电能多的情况，目前沈阳地铁已在故障区段限速65 km/h 运行，限速后未再报SIV过压保护。由于区间限速影响电客车的正线旅行速度，须综合考虑其影响。

3.2 提高门槛值

可通过提高SIV过电压故障门槛值的方法来解决过电压故障，但必须考虑既定设备承受过压故障的能力，防止因电压过高烧损设备。

3.3 降低空载网压值

通过降低接触网的空载网压降低总网压的方法解决SIV过电压故障。

3.4 调整控车方式

3.4.1指令控制调整

由于在故障发生时的速度高、制动力大，此时反馈的电能就多，将信号的控制方式优化为速度较低，制动施加较小的控制方式。

3.4.2指令变化调整

在信号控车过程中，当信号控制的目标速度与实际速度相差一定数值(此规定数值即为控制参数)时，信号方给出相应的牵引、制动指令进行调整，以缩小相差值。1号线正线运行时电客车的控制参数为250(0.9 km/h)，在ATO模式下分别完成控制参数分别为500(1.8 km/h)、750(2.7 km/h)、1 000(3.6 km/h)的测试工作，分析相关测试数据得出：经控制参数调整后，牵引、制动以及牵引制动指令总数随控制参数的调大呈减少趋势(如图6)。通过减少制动指令次数可降低电制动的投入次数，在电客车电制动整体投入时间减少的情况下，可减少电制动的能量反馈，从而减小网压提升、减小过电压故障的发生概率。