城市轨道交通车辆蓄电池亏电故障原因分析与维护策略

2020-08-06

运输经理世界 2020年2期

蓄电池在城市轨道交通车辆的正常运行时，作为备用电源使用。如果蓄电池出现故障，那么就会直接影响到轨道车辆的运营质量和应急能力，严重的时候甚至威胁乘客生命安全。

1 故障概述

某市地铁1号线0215列车在实际的运行过程中，司机首先等待其供电模式转换完成，然后依次合上辅助逆变器启动开关，将照明开启之后收车。第二天，司机上班重新启动列车，首先在1车启动辅助逆变器，观察到显示单元的界面中，蓄电池充电机的电压为100V，底色呈现出红色，同时报出6车“APS蓄电池过温（BTOT）”故障条目。等待启动一段时间后，1车和6车的蓄电池充电机电压又分别表示为101V和106V，且图表由红色变为蓝色。

表1 故障记录表

2 故障调查

2.1 列车控制管理系统故障数据

2.1.1 故障记录仪（FDL）故障记录

通过TCMS维护软件下载FDL的相关记录，如表1。

2.1.2 事件记录仪数据记录

通过事件记录仪能够梳理得知：0215列车在5月18日10:45至14:55的时间段内，蓄电池接触器QC1和QC2正常闭合，其中1车和6车的蓄电池温度分别呈现出28℃和60℃，可见1车蓄电池充电器十分正常，6车蓄电池充电器并没有电流输出。

5月18日21:05至次日5:50，数据记录显示列车的蓄电池接触器QC1和QC2正常闭合，6车蓄电池依然没有发生任何改变，但是1车的蓄电池因为无高压输入的原因，使得其也没有输出状态，温度依然处于28℃左右，时间长达八个多小时。

5月19日5:52:10，司机在重新激活了列车之后，可以看到1车的APS呈现高压输入状态，并且之后获得正常启动。而6车的BHB和BLB没有闭合，也没有呈现高压输入状态，没有得到正常启动。在此阶段，1车和6车的BCOV分别是100V和42V。

2.2 安防录像

通过下载监控视频得知，5月18日21:05至5月19日5:50期间，列车一直处于激活状态，5月19日5:18至5:51期间，司机整备作业和牵引出库作业正常。

2.3 列车维保

通过记录得知，5月17日地铁维护人员进行了均衡修补修作业，且对相应的蓄电池进行了更换，严格按照操作步骤安装，蓄电池组“三充两放”记录正常。

3 故障分析

3.1 电气原理图分析

DC（直流电）110V供电母线(线号1100)主要是由蓄电池和蓄电池充电器一起供电。当处于正常的工作状态下时，大部分的时候输出电压更高的一端蓄电池充电器为DC110V供电母线上所有用电设备供电，另一端蓄电池充电器维持着本端蓄电池的涓流充电。如果母线上瞬间出现了大负载，那么两端蓄电池优先为母线上用电设备供电，再由二者通过为其设备供电。如果两端的蓄电池充电器都没有正常工作，那么这个时候由两端蓄电池共同为DC110V母线上用电设备供电，一直持续到蓄电池组放电达到终止放电电压87V为止[1]。

3.2 蓄电池充电分析

一般情况下，蓄电池的充电方式包含了快速充电和浮充电，其中，快速充电的电压范围在2.3-2.35V，浮充电的电压范围在2.23-2.27V，并且根据不同的温度系数进行相应的补偿和调整。蓄电池充电器输出电压的调节受到温度的影响，当温度在-5-60℃时，蓄电池组的浮充温度补偿系数为3mV/℃；一旦温度低于-5℃，那么蓄电池充电器输出电压则会一直保持在118-121V；温度达到60℃后，电压会降低到108.5V。这个时候，蓄电池组和蓄电池充电器则没有了电势差，启动过温保护，断开输出接触器（BCK），等到外界温度降到55℃及以下时才会恢复[2]。

3.3 综合分析

5月18日21:05至5月19日5:50期间，0215列车只有6车在滑触线供电情况下，蓄电池温度传感器故障的原因造成了充电机控制板（BCU）的温度持续超过60度，蓄电池充电器没有电流输出。这一段时间内，列车DC110V用电设备供电全部由两端蓄电池提供，且连续供电超过了八个小时，从而使得蓄电池严重亏电。司机在重新激活之后，1车充电器输出电压不在101-119V范围内，所以DDU的屏幕电池充电器图标显示为红色，而电压恢复之后，图标又恢复为蓝色。

4 改善措施

4.1 检修改善

首先工作人员应当积极重视日常的检查和维护工作，如果出现蓄电池故障，可以增加两端DDU屏辅助系统界面蓄电池温度检查。一般情况下，蓄电池的使用温度在-15-60℃，而将温度控制在5-30℃，就会适当的延长蓄电池寿命。其次，要定期了解蓄电池的电量情况，并严格按照说明书安装，检查蓄电池的连接端子是否出现松动或腐蚀现象，并定期清洁蓄电池表面，确保其不会受到锈迹、杂物的影响。

4.2 设计改善

蓄电池温度传感器发生故障之后，蓄电池充电器虽然没有了输出电流，但是依然具备输出电压。而检修人员无法准确的判断出蓄电池充电器的工作状态，BCU对蓄电池充电器的保护存在一定缺陷，因此可以在TCMS中添加BCK状态条目，从而辅助检测人员更好的对故障数据进行分析判断。除此之外，为了有效避免蓄电池出现亏电故障，还应当适当的增加库内动车组的供电时间，定期对每块蓄电池测量电压，不能够随意加减电池负电，也不能够将新旧蓄电池混合使用[3]。