中低速磁浮交通典型故障狀態研究

李艷+馬衛華

摘 要：中低速磁浮是我國具有自主知識產權的新技術，也是目前城市軌道交通中最先進的技術。它具有環保、安全性高、爬坡能力強、轉彎半徑小、建設成本低等優點，適用于城市市區、近距離城市間和旅游景區的交通連接，可替代輕軌和地鐵。為了維護廣大人民群眾的生命和財產安全、確保中低速磁浮列車運營的安全、進一步完善突發事件應急體系，需對中低速磁浮列車運營中可能出現的典型故障狀態進行研究分析，維護軌道交通的運行秩序以及社會的穩定。

關鍵詞：中低速磁浮交通；故障狀態；車輛系統故障；軌道系統故障

中圖分類號：U237 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0083-01

1 引言

中低速磁浮交通近年來在我國快速發展。目前，長沙高鐵南站-黃花機場線已首次實現中低速磁浮在國內的商業運營。為保證中低速磁浮系統的安全運行，系統的對其故障狀態進行分析是非常必要的。中低速磁浮交通系統的主要故障主要源于車輛系統及軌道線路系統等方面。對于車輛系統，主要危險源有各部位的機械故障、電氣系統故障、制動系統故障、車門系統故障燈、控制系統失常和人為破壞等，包括由此引發的列車相撞、火災、擁擠踩踏等。對于線路系統，主要危險源有道岔失聯、線路脹軌、線路斷裂、線路下沉和軌行區異物侵限等，以及由此造成的列車相撞、線路斷裂、脹軌跑道、列車無法運行等。

2 車輛的典型故障

2.1 動力丟失故障

中低速磁浮列車采用直線電機，在車上安裝三相電樞繞組，軌道上安裝感應軌，即把電動機的“定子”布置在列車上，把電動機的“轉子”鋪設在軌道上。通過“定子”“轉子”間的相互作用，將電能轉化為前進的動能。

中低速磁浮列車的動力丟失故障一般由直線電機故障或牽引系統故障引起。牽引系統中高壓柜和低壓柜的任意一個電器元件故障都有可能引起動力丟失故障，如斷路器故障、逆變模塊故障等。發生動力丟失故障后，列車一般能夠保持懸浮，只是失去前進的動力。依照動力丟失程度的不同，如1/3動力損失、1/2動力損失等，可有不同的列車救援方式。

2.2 懸浮功能故障

中低速磁浮列車采用電磁浮系統（EMS），它是一種吸力懸浮系統，其利用裝在車輛兩側轉向架上的常導電磁鐵和鋪設在線路導軌上的磁鐵，在磁場作用下產生的排斥力使車輛浮起，車輛和軌面之間的間隙與排斥力的大小成反比。懸浮系統主要包括懸浮電磁鐵、傳感器和懸浮控制系統，懸浮控制系統根據傳感器測得到間隙與加速度信號，通過控制懸浮電磁鐵電流的大小實現對懸浮氣隙的調節和控制。中低速磁浮列車依靠懸浮架的電磁鐵通電后與軌道F型軌的磁極間產生的電磁吸引力實現懸浮，每組電磁鐵都由對應的獨立懸浮控制器控制其懸浮。每節車廂下布置有3個懸浮架，每個懸浮架之間采用機械解耦方式連接。每個懸浮架左右兩側各有4個電磁鐵線圈，分為兩組控制，即每個轉向架的懸浮控制由4組電磁鐵線圈實現，每個懸浮架有4個懸浮控制點，每一個懸浮控制點的控制由兩個電磁鐵線圈和一套懸浮控制系統實現。

懸浮功能的典型故障有懸浮控制器故障、間隙傳感器故障和懸浮電磁鐵故障。根據故障的嚴重程度不同，列車可能完全失去懸浮能力，也可能可以完成懸浮但需要降低功率。若列車完全失去懸浮能力，則需要列車放下應急支撐輪輔助救援或者救援列車前往救援。

2.3 車輛電氣設備故障

中低速磁浮列車中的車載電氣系統可實現磁浮列車的懸浮、導向、牽引、控制診斷和測速定位功能。該系統包括下列各子系統：懸浮系統、測速定位系統、牽引制動系統、輔助電源系統以及網絡控制診斷系統。

中低速磁浮列車車輛電氣設備都有可能發生故障，一旦某一電氣設備發生故障，則會影響其相應系統的正常運作，嚴重的情況下會造成列車無法懸浮運行，甚至造成火災等嚴重事故，對乘客的生命財產安全造成威脅。

2.4 車輛沖突事故

列車沖突，指列車、機車、車輛（包括軌道起重機）動車、重型軌道車相互間或與設備（如車庫、站臺、車檔等）輕型車輛發生沖撞導致機車、車輛、動車、重型軌道車破損。

中低速磁浮列車沖突屬于行車事故，一旦列車發生沖突，將中斷區間行車。其情況按照事故發生地點可分為正線沖突與車場沖突；按照事故發生的位置可分為正面沖突、側面沖突和追尾。

3 軌道線路的典型故障

（1）線路脹軌。線路脹軌是因線路在溫升較大時，F軌內部積存巨大的溫度壓力，而可能導致軌縫瞎縫、軌排小碎彎，嚴重時導致F軌線路幾何尺寸狀態嚴重不良、脹軌跑道，列車無法運行，磁浮線路運營中斷。可將該故障分為一般級和較大級兩個級別，其中一般級的脹軌發生在車輛段線路上，不影響列車投入正線運行，或者發生在正線，但是情況輕微不會影響列車正常運營；較大級的脹軌發生在正線線路上，脹軌跑道導致線路幾何尺寸狀態嚴重不良，列車無法運行。

（2）線路斷裂下沉。線路結構或構件在荷載和其他作用的影響下處于某種平衡，結構或構件由于平衡形式的不穩定性，從初始平衡位置轉變到另一平衡位置，稱為失穩。運營線路結構失穩會導致線路下沉、斷裂，從而造成磁浮線路運營中斷。可將該故障分為一般級和較大級兩個級別，其中一般級的線路斷裂下沉為發生在線路主體結構及基礎上的較大裂縫，經綜合檢修工班修復，線路能快速恢復運營；較大級的線路斷裂下沉為發生在線路主體結構及基礎上的通縫或沉降數據異常，將危及線路設施設備、車體設備以及人員安全，線路無法正常運營。

（3）道岔失聯。道岔在正常狀態或轉換后失去表示時，信號樓控制臺顯示道岔編號和岔尖紅閃。故障發生后行調應對故障道岔進行轉換試驗，向不同位置轉換2次仍不能恢復正常時，行調通過ATS工作站查看報警信息，如報警有“連接中斷”等信息，則按道岔失聯故障處理。道岔故障時，中央ATS工作站操作權下放到故障車站，在未正式下放前仍由OCC負責操作，OCC/DCC須及時組織相關專業人員進行搶修，其它等級故障視情況決定是否組織搶修。

（4）軌行區異物侵限。因受天氣、人為等因素的影響，磁浮線路易發生異物侵入磁浮行車限界事件，對運營造成較大的影響。司機在駕駛列車行駛過程中發現軌行區出現可能影響行車的異物，或者巡道人員發現軌行區出現異物，應根據相關應急處理程序對列車、線路設備和其它軌行區設備進行檢查確認，并將檢查情況及時報告控制中心；控制中心根據情況啟動相關應急處理程序。

4 結語

綜上所述，從故障來源來講，中低速磁浮交通系統的主要故障主要源于車輛系統及軌道線路系統等方面。對于車輛系統，主要故障來源有各部位的機械故障、電氣系統故障、制動系統故障、車門系統故障燈、控制系統等。對于線路系統，主要故障來源有道岔失聯、線路脹軌、線路斷裂、線路下沉和軌行區異物侵限等，以及由此造成的列車相撞、線路斷裂、脹軌跑道、列車無法運行等。本文清晰明確的分析中低速磁懸浮交通系統的故障，并分別從車輛系統以及軌道系統入手，梳理了故障方式及來源，對中低速磁浮交通的安全運營，保障乘客的安全具有重要意義。

參考文獻

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