地鐵車輛牽引電氣技術(shù)及故障分析

粟敏

摘 要：科技的進(jìn)步給城市帶來發(fā)展，交通運(yùn)輸方式也在隨著創(chuàng)新的浪潮不斷發(fā)展擴(kuò)大，地鐵便是這發(fā)展的產(chǎn)物之一。電氣牽引技術(shù)以及后期故障處理作為保障地鐵車輛運(yùn)行正常的核心動(dòng)力，存在著極大的研究意義。本文以地鐵車輛牽引系統(tǒng)中的主要技術(shù)構(gòu)成及其特征為出發(fā)點(diǎn)，從地鐵車輛系統(tǒng)中電氣技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)和故障處理兩大模塊展開分析，希望能對未來電氣牽引技術(shù)和城市交通的創(chuàng)新型發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)，以此來供相關(guān)人士交流參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;電氣牽引技術(shù);故障分析

引言：

城市地鐵交通發(fā)展至如今，電氣牽引技術(shù)目前已成為支撐地鐵順利行駛的主要技術(shù)。但若想要進(jìn)一步優(yōu)化地鐵車輛的運(yùn)行效能，來獲得城市交通的可持續(xù)性發(fā)展，還需從電氣牽引技術(shù)應(yīng)用的研究入手。此外，地鐵車輛安全性也是不容忽視的一點(diǎn)，對地鐵的故障診斷及維修需要不斷的進(jìn)行。因此探析地鐵車輛牽引電氣技術(shù)及故障處理的意義重大，極具價(jià)值。

一、地鐵車輛牽引系統(tǒng)中的主要技術(shù)構(gòu)成及其特征

（一）技術(shù)構(gòu)成

地鐵車輛的電氣牽引控制系統(tǒng)由很多技術(shù)要素構(gòu)成，而牽引系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行更離不開各技術(shù)要素的互相配合。其中，作為列車電路和牽引電器的技術(shù)要素占據(jù)較大的分量。列車電路主要涵蓋了控制、輔助以及主電氣三大電路，牽引電器則包括高壓箱、制動(dòng)電阻、牽引電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)控制裝置等。同時(shí)，為確保電流的順利流通以及電壓和頻率的可控性，線路濾波器和牽引逆變器也是系統(tǒng)中缺一不可的一個(gè)要素。

（二）技術(shù)特征

地鐵列車能夠安全行駛及停靠很大部分依賴于地鐵的制動(dòng)控制系統(tǒng)。一般來說，地鐵的每個(gè)車站之間行程較短，這會(huì)導(dǎo)致較為頻繁的啟動(dòng)加速與停靠減速，所以減短列車的制動(dòng)距離和提高加速效率是全方面達(dá)成列車高質(zhì)量運(yùn)行的一大有效路徑。而地鐵所采用的電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)相結(jié)合的方式是，先利用再生制動(dòng)將電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)，進(jìn)而讓動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，電能隨著電網(wǎng)傳遞來分散給其余列車，以此達(dá)到電阻制動(dòng)的目的。這兩種制動(dòng)的結(jié)合在一定程度上減少了軌道的磨損，加速了列車的運(yùn)行。在此過程中，制動(dòng)裝置與電路系統(tǒng)及電器共同作用使列車能夠在安全的距離內(nèi)制動(dòng)成功，以降低列車的運(yùn)行成本和對環(huán)境的污染系數(shù)。

二、地鐵車輛牽引系統(tǒng)中電氣技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

（一）RAMS設(shè)計(jì)

RAMS作為可用性、可靠性、安全性以及可維修性四大指標(biāo)的綜合體，是應(yīng)用于軌道交通的一項(xiàng)工程技術(shù)。就地鐵車輛牽引系統(tǒng)來說，RAMS設(shè)計(jì)技術(shù)也可被融入其中。RAMS設(shè)計(jì)的基本框架是，針對電氣牽引系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過規(guī)劃方案、建立模型對系統(tǒng)內(nèi)的各部分進(jìn)行完整的RAMS優(yōu)化設(shè)計(jì)。RAMS中的四大要素之間能夠互相影響和轉(zhuǎn)換，比如，當(dāng)列車因外界因素而發(fā)生故障時(shí)，會(huì)直接影響到列車的可用性;如果不及時(shí)解決該故障，有可能會(huì)影響到列車的安全性，以致間接地導(dǎo)致列車可靠性的降低，等等。因此，只有在滿足列車可用性的前提上，憑借不斷完善列車的性能和對列車定期的檢修與維護(hù)，才能提升列車的可靠性、安全性及可維修性。電氣牽引系統(tǒng)中的RAMS設(shè)計(jì)技術(shù)不可或缺。

（二）電氣控制系統(tǒng)

1.再生制動(dòng)控制

大部分軌道車輛的制動(dòng)基本是依靠機(jī)械制動(dòng)和電制動(dòng)來完成的，地鐵車輛也不例外。機(jī)械制動(dòng)只能起到輔助的作用，能夠有效降低電能損失的電制動(dòng)才是運(yùn)行的根本。其中電制動(dòng)又有電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)之分，而不同的制動(dòng)方式所對應(yīng)的制動(dòng)效果也是天壤之別。一般情況之下，地鐵車輛制動(dòng)會(huì)優(yōu)先選擇再生制動(dòng)，再進(jìn)行電阻制動(dòng)。實(shí)際情況中的地鐵列車則會(huì)利用電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)兩種方式相互結(jié)合、共同作用，以此來使列車獲得最精準(zhǔn)的制動(dòng)，有效防止超速的緊急狀況，大大減少了部分安全隱患。

2.牽引控制

牽引控制是地鐵車輛電氣牽引技術(shù)的另一種控制方式。其實(shí)施原理是，自動(dòng)列車運(yùn)行裝置ATO或司機(jī)控制器發(fā)出牽引指令和給定值，由牽引逆變器接收，再對制動(dòng)控制裝置收到的信號(hào)分析，最后成功實(shí)行牽引控制。另外，局限于列車運(yùn)行速度不能過高的規(guī)定，當(dāng)列車的速度高于規(guī)定的范圍時(shí)，列車牽引力就會(huì)自行關(guān)閉，直到力值縮小到零為止。當(dāng)列車速度因牽引力的減少而恢復(fù)至正常范圍內(nèi)時(shí)，對列車的牽引力又會(huì)解除封鎖。在沒有列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)ATP的狀況下，系統(tǒng)除了能對列車進(jìn)行限速以外，還具備特殊情況時(shí)為列車立即加速的作用。例如，若列車由于故障突然于某坡道靜止，這對乘客的安全形成巨大威脅，系統(tǒng)就可以通過立即加速來增大對列車的牽引力，以帶動(dòng)故障列車運(yùn)行。

3.矢量控制

矢量控制也是控制系統(tǒng)的一種方式，它在上世紀(jì)70年代由西門子工程師首次提出來解決交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制問題，這同樣適用于地鐵牽引控制系統(tǒng)。矢量控制的基本原理是以磁場定向原理為基礎(chǔ)，測量并控制異步牽引電機(jī)定子電流矢量，來監(jiān)控異步電機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，從而達(dá)到控制異步牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。同理在地鐵牽引控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中利用矢量控制的方式來精確對電機(jī)的控制，通過迅速有效恢復(fù)輪軌間的黏著力，預(yù)防劇烈沖擊給列車帶來空轉(zhuǎn)或滑行的狀況，實(shí)現(xiàn)車輛的安全運(yùn)行和制動(dòng)。

4. 交流傳動(dòng)控制

除牽引交流技術(shù)，變流技術(shù)以隔離技術(shù)、冷卻技術(shù)及光纖傳輸技術(shù)最為常見。而交流傳動(dòng)控制技術(shù)是一種運(yùn)用牽引逆變器的集合技術(shù)，集傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷技術(shù)、控制技術(shù)于一體，與電流相互作用，它不僅踐行了列車安全行駛的準(zhǔn)則，也滿足了列車牽引控制技術(shù)的條件，在地鐵列車的牽引中發(fā)揮著重要的作用。控制運(yùn)行地鐵列車的電路往往極其復(fù)雜，而且列車對牽引控制的要求很嚴(yán)格，若能合理地應(yīng)用交流傳動(dòng)技術(shù)，也就相當(dāng)于達(dá)到異步牽引電機(jī)控制的成效，電路繁雜以及牽引控制的難題迎刃而解。

三、地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)中的故障診斷與處理

（一）明確故障類型及程度

地鐵列車的牽引系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，檢修人員可以依據(jù)該故障類型及實(shí)際情況來更快速直接地選擇處理故障的方法。比如，如果類型屬于模塊故障，檢修人員可根據(jù)故障表現(xiàn)或顯示屏判斷參與控制反饋的模塊，然后運(yùn)用排除法，找出可能存在故障的模塊進(jìn)行檢修。此外，檢修人員還可通過確定故障的程度來規(guī)劃處理問題的方案。比如，如果牽引系統(tǒng)被判定為輕微的故障，該列車即可在完成一天的運(yùn)行計(jì)劃后再返回車輛基地進(jìn)行維修;若為嚴(yán)重的故障，則必須在有序疏散乘客后立即修護(hù)，以避免更為嚴(yán)重的事故。

（二）建立故障診斷分析系統(tǒng)

一般電氣牽引系統(tǒng)中的故障診斷都利用了傳統(tǒng)的測試對比法，但隨著智能時(shí)代的到來，為盡可能地符合列車的安全性要求，排除所有可能存在的隱患，應(yīng)當(dāng)建立智能的故障診斷分析系統(tǒng)，來配合檢修人員做出更具針對性、準(zhǔn)確性的維修對策。MVTS-FDS系統(tǒng)作為當(dāng)下使用較廣泛的智能故障分析系統(tǒng)，全面、系統(tǒng)地整理了以往故障的起因、解決辦法，以對下次的故障處理提供經(jīng)驗(yàn)和思路。同時(shí)，該系統(tǒng)還配備有安全監(jiān)控功能，對即將要發(fā)生的事故進(jìn)行危險(xiǎn)評估，再形成數(shù)據(jù)反饋給檢修人員，并以警示音的形式作出提醒。

（三）培訓(xùn)故障檢修人員技術(shù)

除了建立有關(guān)檢測故障的智能系統(tǒng)，牽引系統(tǒng)的故障診斷與處理也斷然離不開檢修人員的技術(shù)水平，其專業(yè)程度也與地鐵列車的安全運(yùn)行有著密不可分的聯(lián)系。而且，在這個(gè)日新月異的時(shí)代，知識(shí)更新的速度極快。為更熟悉并高效地診斷解決故障所在，相關(guān)故障檢修人員應(yīng)定期接受技術(shù)培訓(xùn)、吸納新知識(shí)，來提高其專業(yè)能力。這也在一方面保障了列車的行駛安全，并間接地延長高鐵列車的使用壽命，減少列車的投入成本。

四、結(jié)束語

綜上所述，地鐵車輛運(yùn)行的過程中，電氣牽引技術(shù)和故障檢修都起到不可替代的作用。因此，為保持列車正常運(yùn)行和間接改善城市交通，需要不斷地深入研究地鐵車輛牽引電氣技術(shù)及故障處理。