地铁车辆辅助和牵引系统重要部件典型故障研究

地铁车辆辅助和牵引系统重要部件典型故障研究

黄川虎

青岛地铁集团有限公司运营分公司，山东 青岛 260000

摘要:为了更好确保地铁安全顺利运转，其中最重要的一个环节就是地铁牵引系统。若地铁牵引系统出现比较显著的异样问题，务必会对整个地铁的行车安全造成一定影响，对相应的安全风险进行防控工作也至关重要。由此文章专门以地铁牵引系统当做研究目标，解析经常遇到的辅助和牵引系统故障所造成的问题，最后探究怎样进行预防把控。

关键词：地铁辅助和牵引系统原因；故障；预防

1辅助系统介绍

1.1辅助逆变器

辅助逆变器由支撑电容器、放电电阻、功率模块逆变器、门极控制板、交流互感器组成。每列车拥有两台辅助逆变器为整车提供供电电源，当一台辅助逆变器停止工作后，车辆会通过中压扩展供电接触器进行整车互通供电，但整车负载减半，如果此时辅助系统检测到后端有短路故障，则整车1/2设备将失去供电电源。

1.2交流输出接触器

交流输出接触器作用为电压传感器检测到辅助逆变器输出为380Vrms±5%时，接触器自动吸合，将电压提供给车辆负载，若辅助系统内部或者后端负载存在异常，AOIK自动断开进行前后设备的隔离保护。

2牵引系统介绍

2.1司控器

司控器具备两种功能：一是专用于行驶模式（驾驶室激活、方向选择、牵引制动指令设置），目的在于传送列车指令。二是称之为驾驶员安全装置（DSD）或事故制动的安全功能，其目的在于确保驾驶室内人员的安全，并在出现危险时紧急制动。

2.2高速断路器

每台牵引系统配有一台高速断路器，高速断路器是直流单级元件，有双极过流和跳闸自释放（跳闸特性与通过的电流无关，不受短路影响），由于经过的电流过大，高速断路器还自带灭弧作用。

2.3功率模块逆变器

功率模块逆变器功率模块逆变器是以脉宽调制模式运行，将3相平衡的电压供给牵引电机，并且能调节三相交流电压的幅值和频率，逆变器的输出由两个电流监视装置监视。且直流回路电压也被测量，所有的电流互感器和电压传感器都为有源型，与功率电路隔离，减少了响应时间，优化了转矩调整的精度和改善了低速性能。矢量控制具有非常迅速的磁通和力矩响应，并优化电机电流控制。根据电机的电动势调整逆变器输出电压，在逆变器短时关闭的情况下，矢量控制使力能够快速重新建立，而不必等电机的磁通变回零。已建立磁通的电机采用无速度传感器控制方式，调节范围宽。力矩由电流回路控制，当电源非正常变化时，减少了传统控制技术中过电流的发生。交流电机牵引系统都配备开放式鼠笼型异步四极自通风牵引电机，参数性能优良，可以完全满足设计需求。

3辅助系统典型故障研究

3.1二极管短路造成辅助逆变器无法启动

某地铁客户对车辆进行维护，发现一台辅助逆变器停止工作，司机室屏幕中出现IES打开无停止信号故障，利用电脑监控发现连锁供电电压信号为0。利用万用表进行线路核查，发现输入信号为0V，顺着线路最终发现供电开关跳开，再次闭合后仍然自动断开，疑为后端设备有短路，稳压二极管被击穿直接接地，造成断路器跳开，更换新的稳压二极管后，故障消失。

3.2连接器缩针导致辅助逆变器停止工作

某客户日检作业过程中逆变器报出故障，辅助逆变器停止工作，降弓下车检查模块控制板以及功率模块逆变器，发现一切正常，对调控制器与临车，故障并未转移，然后拆模块，计划进行更换，拆除检查时发现连接器有针子缩针，与原理图核实后确定为第三相控制板线路问题，随后进行现场修复处理，完毕后，故障消失，辅助逆变器启动正常。

4牵引系统典型故障研究

4.1牵引制动指令同时激活故障

某司机某次在站台正常操作车辆发车指令，但车辆无法动车，重新操作后正常；之后，多车辆均有此种状况且故障数据相同。经现场调查发现司机在每站都会将手柄拉到制动位置，需要发车时，会慢慢将手柄推至惰性位置，然后按下启动按钮发车。厂家根据现场状况模拟，当手柄还没有推到惰性位时，模式可以从手动转至ATO，此时制动继电器并未失电，而司机给出发出指令，则牵引信号激活，因此，制动和牵引信号就同时激活，故障出现。核实后司控器厂家发现问题的原因为：手柄凸轮和行程开关间隙太大。

4.2高速断路器频繁断开且无反馈信息

车辆在行驶中，司机发现多次出现高速断路器自动断开且有时经过大约10-20MS后会自动恢复的状况，而司机屏幕并未弹出高速断路器相关故障信息。针对只有故障现象而无故障记录的问题，通过原理图设计及经验进行相应推理，起初认为可能是紧急制动造成高速断路器断开，通过与其他车辆进行对换，故障转移，确定为继电器问题，经过返厂测试发现其线圈工艺存在缺陷，因此将相同批次的全部进行更换，更换后故障消失。

4.3高速断路器导致的自动折返失败

某司机驾驶车辆在折返轨进行换端过程中产生紧急制动，紧急制动继电器失电导致高速断路器断开；且当紧急制动得电后高速断路器也并未闭合，此时司机已经给出牵引指令，导致自动折返失败。经过研究高速断路器本身特性和设计逻辑发现，牵引控制器检测紧急制动信号周期为100ms，高速断路器保持失电动作时间为10ms左右，如果在100ms范围内紧急制动失电再恢复，则高速断路器断开，此时TCU有一定几率无法检测到紧急制动再恢复，因此可能判断为外部原因引起高速断路器断开，此种状况出现，逻辑设计是需要延时30s后才允许高速断路器再次闭合，因此导致折返失败。通过牵引系统分析，在折返线可以使紧急制动继电器一直得电，这样就可避免高速断路器断开，结合整车原理图可以将AR（自动折返继电器）常开点旁路于紧急制动常开点，也就是在折返时可以使紧急制动列车线路一直处于得电状态，整改后，提高了折返效率，且故障消失。

4.4电源模块问题导致

功率模块逆变器故障某次车辆在正线运营时，单台牵引系统被隔离，回库检查发现为功率模块逆变器_CHOP（功率模块逆变器制动电阻反馈故障）导致的牵引系统隔离，测试检查门极驱动板指示灯和相关内部线路一切正常，针对门极驱动板进行了对调测试，试车测试，故障未消失，最后针对供电电源进行检查发现功率模块逆变器门极驱动板供电电压为18.14V（正常电压应14.2V-15.8V），供电电压过高，将电源与临车进行互换，故障转移，确定为15V电源问题，更换后，故障消失。

4.5电机烧毁引起相电流过高故障反馈

逆变器和牵引电机之间安装了检测电流的电流互感器，利用其实现该保护功能。当测量到某个相电流超过低的阈值，逆变器短时关闭，确保降低电流。当测量到某相电流超过高的阈值，逆变器关闭，高速断路器分断。该保护能够检测牵引电机内部、电缆或次边绕组的短路状况。目前，地铁拥有10km高架运营，下雪和下雨会造成车辆打滑，若打滑严重，牵引系统在控车及调整策略时可能存在相电流高反馈，若在短时或5min出现3次，牵引系统会保护电机和逆变器，此时会短暂锁闭。如运营车辆0321车一个月出现了3次相电流过高故障均造成了牵引隔离，查看数据均未发现打滑现象，针对能够引起此故障的电流互感器和电压传感器，速度传感器以及牵引模块进行跟换，线路也检查完毕后，故障消失。试车线测试，故障再次复现，经分析讨论，可能存在电机烧毁现象，检查发现电机3相全部烧毁，更换后，多次测试故障未再次复现。

5结语

本文通过对阿尔斯通公司生产的牵引和辅助系统在地铁运行典型故障案例成因分析和应对方法介绍，期望能为有关设计人员做好设备选型和维修人员提高日常养护水平提供参考，进一步夯实地铁安全运营基础。

参考文献：

［1］上海阿尔斯通交通电气限公司.地铁牵引系统维护手册［Z］.上海：上海阿尔斯通交通电气有限公司.2016（10）.

［2］侯向阳.地铁列车无人自动折返失败的原因分析及改进措施［J］.城市轨道交通研究,2018（7）.