地铁车辆牵引与辅助系统的故障处理与预防分析

蒋晓彬

摘 要：随着社会的发展人们的出行方式也在不断地变化。对于北京、深圳和上海等一系列一线城市而言，地铁成为了人们主要的交通方式。又因为地铁自身方便和经济的优点所以受到了广大年轻人的欢迎。但是多数地铁在运营的过程中容易出现各种不同类型的电气故障，为此本文主要就地铁车辆电气系统中的牵引和辅助系统电气故障进行分析。

关键词：地铁车辆电气系统;牵引辅助系统;故障预防

中图分类号：U231.94 文献标识码：A

0 引言

城市经济的不断发展势必会造成更大的运输压力，因此需要想尽一切办法来缓解城市交通拥堵产生的压力。地铁作为修建在城市地下的重要交通运输系统，势必会在缓解城市交通中起到非常重要的作用。目前，我国多数地铁车辆在运行时牵引和辅助系统容易出现故障，轻则影响地铁的运行舒适度，严重故障时直接导致地铁车辆的清客下线，影响乘客出行计划。所以强化对车辆牵引系统和辅助系统的检修成了越来越重要的工作。

1 地铁车辆牵引和辅助系统的特点

1.1 地铁车辆牵引系统的特点

车辆牵引和辅助系统均是以逆变器为核心，逆变器核心部件IGBT模块高速导通和关端将直流高压电变频变压，输出动力电和辅助电。因此两系统具备相似性，一般地铁车辆这两套系统均为同一品牌产品。

牵引系统主要由如下几个部分组成：高速断路器、滤波电抗器、直流环节电路、牵引逆变器。其工作原理是：第一，高速断路器得到指令完成闭合动作将接触网网压引入牵引系统，严重故障时高速断路器直接切断逆变电路，避免接地、过流等严重故障损坏元器件。第二，滤波电抗器对直流网压进行过滤，保证电流输入的顺畅性，有效地避免网压尖峰对逆变器模块造成冲击伤害。第三，牵引逆变器变换成频率、电压均可调的三相交流电，借助低速传感矢量又可以在较短的时间内控制交流牵引电机内部的转矩，以求更好地控制滑行的过程[1]。第四，电阻制动斩波单元与逆变模块单元集成在一起，实现牵引—制动的无接点转换。

1.2 地铁车辆辅助系统的特点

辅助系统主要由直流环节电路、逆变器模块、三相变压器、桥式整流电路、充电机模块组成。其工作原理是：第一，接触网压经直流环节电路确认后，进入逆变器完成一级变压，再经三相变压器二次变压得到220 V的工业三相电，供给列车中压负载。第二，三相电经桥式整流电路变换为直流电，充电机对其进行升压斩波，得到110 V直流电为蓄电池组和列车低压负载供电。第三，充电机模块搭载一个紧急逆变电源盒，能够在短时间内将接触网网压降级到110 V，以应对车辆蓄电池馈电无法激活列车的情况。

2 牵引辅助系统的常见故障

2.1 牵引系统的故障

目前众多牵引系统主要有如下几点故障：第一，在地铁车辆刚启动或者超负荷运行时实际很容易出现过载的现象，这其实是地铁运行中常见的异常现象，更会为地铁的运行埋下隐患。如果地铁长时间过载运行必然会加重牵引系统负担，元器件加速老化直至失效。第二，多数地铁牵引系统内部非常容易出现不同类型的短路故障，一方面是因为部分铜排和螺栓连接存在尖锐凸起与高压箱壁过近，在运行中偶然触发尖端放电，造成高压短路，另外一方面则是由于检修或改造时接错线路或遗留导电工具在箱内，高压电气部分和接地系统发生直接接触，导致牵引系统短路。金属类短路故障实际非常常见。第三，牵引系统线网电压、输出电压、输出电流、温度、电机速度传感器出现故障时，牵引控制单元会对单节车动力进行有条件封锁，当超过两节车牵引逆变器均被封锁时，整车动力会下降。例如，电压传感器故障会导致系统主动封锁逆变器工作，速度传感器故障时车辆会限速。第四，非金属短路故障也是牵引系统的常见故障。例如，如果雨雪直接覆盖了轨道，则可以将雨雪当作供电阶段启动的重要导体，又因为绝缘支座直接被固定在道床上，所以实际也与接地的铜有着更好的绝缘效果[2]。但是随着运行时间的增加，其支撑件上就会出现老化或者被污染的现象，最终被泄露的电流会直接流向扁铜，之后再借助变电所地网重新流向变电所的负级，这种故障是非金属故障中最常见的一种。

2.2 辅助系统的故障

辅助系统故障与牵引系统有较多重合，除共有的元器件老化失效、短路故障和传感器故障外，还有充电机、蓄电池故障和三相变压器故障。充电机充电电流过快导致部分蓄电池出现发热，并在短时间内造成蓄电池基板损坏。三相变压器在运行工况中也有一定概率击穿线圈绕组，放电甚至冒烟。

3 牵引辅助系统故障处理与预防办法

3.1 牵引辅助系统故障处理

每节车牵引和辅助系统均有一个本地级电脑进行控制，同时诊断其故障，通过该电脑内预设的逻辑判断，故障处理人员可以更好的定位故障位置和元器件。同时本地电脑还具有数据记录的功能，可以查看故障发生瞬时牵引逆变系统电压、电流和输出力矩的变化，技术人员可以进行分析并推测可能原因。最后通过更换模块和元器件来快速的处理故障。

3.2 牵引辅助系统故障预防

现阶段的地铁检修人员可以采用如下几点预防措施：第一，定期对逆变器模块、电抗、电容、电阻等部件检查是否存在鼓包、烧灼、放电等现象，定期检查进、出风口是否存在堵塞，定期检查并清洁箱体内粉尘，保证逆变器工作环境无异常。第二，牵引辅助系统均预设了故障冗余功能，当系统出现故障但不影响运行时应该尽快在本次运行任务结束后交给检修工作人员处理，经专业人员确认或处理后再次加入到运行车辆中，避免多个故障叠加导致列车彻底失去运行服务能力。第三，当牵引辅助系统运行达到一定的年数后，要对动作频繁的接觸器和长期带电的电容、电阻、熔断器进行更换。如有必要，可以在车辆大修时将牵引辅助主箱体下车返回原厂对其部件性能进行测试。

此外，更多在要求检修工作人员在日常检修和改造作业中认真负责的完成任务，并通过严格的车辆静态、动态调试流程来逐步排除故障，避免牵引辅助系统出现人为导致的故障。

4 案例分析

4.1 案例1

某城市地铁在运行超过5年后，牵引系统充电接触器KM1在梅雨季节频繁发生卡合故障，凌晨发车时不得不寻找其他车辆替开。该接触器在每次车辆停站前后就会进行一次分合动作，其动作频率远高于辅助系统同一型号的接触器。经过对故障件的分析和部件供应商技术交流后，工程师一致认为要在列车架大修过程中对其进行维修或更换。因此要格外注意动作频率高的元器件，定时对其进行维修。

4.2 案例2

地铁在运营的过程中受恶劣环境影响非常容易诱发故障。2018年1月26日大雪，某地铁列车运行过程中雪花大量吸附在电抗器绕组上，由于雪花为固体吸附在电抗器绕组上不会立即掉落，长时间积累造成电抗器爬电空间全部被堵塞，爬电距离变为0，相当于要求电抗器能泡在水中工作。电抗器的工作环境急剧下降，发生对地击穿短路，电抗器端部出现烧灼现象。

4.3 案例3

某城市地铁在高压箱部件改造中厂家改造人员将某网压传感器设备正负极电缆接反。改造完成后，送电瞬间1 500 V

通过错误接线直接汇入负极，导致车辆段供电跳闸，高压箱内部分铜排烧损融化。这是一起典型的检修人员错误作业导致的车辆电气短路故障。作业人员对改造工艺理解不足，同时忽视了自检互检作业流程。

5 结束语

综上所述，地铁实际一直在城市交通中发挥非常重要的作用，更是交通体系内部的关键组成部分。因此，相关部门应该在重视地铁运行效率和质量的基础上有效地采用各种方法来避免电气系统内部产生故障，最终才能够促进地铁更好地向前发展。

参考文献：

[1]刘洋.地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统的故障与检修[J].居舍，2018，38（26）：221

[2]黄赟.地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统故障检修分析[J].住宅与房地产，2016，22（12）：236