地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引與輔助系統(tǒng)的故障與檢修

徐洪杰 中車長春軌道客車股份有限公司

地鐵車輛在長期的運行過程中，不可避免地會產(chǎn)生一系列的故障，其中，電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的故障是最常見的。下面從牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的特點、出現(xiàn)的故障、檢修方法三方面進行分析。

一、地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引的故障分析與檢修

1.牽引系統(tǒng)的故障分析。牽引系統(tǒng)的故障分析包括以下幾個方面。非正常運行狀態(tài)由于地鐵車輛運行時處于制動、過三軌無電區(qū)、啟動狀態(tài)，并且車輛在上下班高峰時段經(jīng)常會處于過載的運行狀態(tài)。這時會導致車輛制動，制動會導致電網(wǎng)的電流和電壓發(fā)生較大的波動。這種負荷狀態(tài)與牽引系統(tǒng)的短路狀態(tài)十分相似，可能會導致繼電器保護裝置的誤動作，對地鐵車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)造成損害。非金屬性短路故障非金屬性短路故障主要指的是發(fā)生在非金屬性狀況下的短路故障，例如雨雪覆蓋或淹沒軌道的狀況。這時，雨雪可以作為供電系統(tǒng)在啟動階段的導體，三軌由于整體絕緣支座固定在道床上，與接地扁銅之間具有良好的絕緣效果。但是，隨著地鐵車輛運行時間的增加，支撐件上會出現(xiàn)污穢或絕緣支座絕緣保護老化的情況，由此產(chǎn)生的泄漏電流經(jīng)過絕緣支座流向接地扁銅，然后通過變電所地網(wǎng)重新流回變電所負極。這種由于絕緣故障導致的短路故障是非金屬性短路故障中最常見的一種。此外，在三軌供電系統(tǒng)中，還有一種常見的非金屬性短路故障，即電弧短路故障，它是指帶電體對導體放電而引起的短路，例如第三軌對地放電。

金屬性故障金屬性故障指的是鋼軌和三軌間發(fā)生的金屬接觸，或是絕緣支座（支座底部設(shè)置了接地扁銅，與整個供電系統(tǒng)的地網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接，主要用于三軌和大地的絕緣）被擊穿，導致接地扁銅和三軌直接發(fā)生短路的情況。例如供電系統(tǒng)在進行停電檢修工作時，檢修人員并沒有將放置在鋼軌和三軌之間的金屬工具帶走，這會導致系統(tǒng)重新送電時發(fā)生鋼軌與三軌之間的直接短路故障。

2.牽引系統(tǒng)的故障檢修。地鐵車輛牽引系統(tǒng)故障檢修通常采用故障仿真分析進行檢修。地鐵牽引系統(tǒng)故障的位置通常位于供電臂原理牽引變電所的遠端，通過對近遠端斷路故障進行仿真分析，分別得出近遠端斷路點的饋線電流，從中能夠看出電流的穩(wěn)態(tài)值會隨著故障距離的變化而發(fā)生變化，即隨著故障距離的減小而增大，并且故障點離接觸網(wǎng)末端越近，電流上升的速度也就越慢，它能夠診斷出直流牽引網(wǎng)電壓有沒有發(fā)生突變。模擬仿真分析為了避開牽引變電站子模型的初始階段存在的暫態(tài)過程，通過設(shè)置以下模擬實驗進行故障仿真分析，即設(shè)置1 臺地鐵車輛在0.05s啟動，在0.11s 時分別在2 km、3km 處設(shè)置遠端故障模擬試驗，以此模仿實際的短路故障。通過分析直流饋線電流仿真結(jié)果，能夠得出類似的指數(shù)函數(shù)，即距離接觸網(wǎng)末端的距離越遠，電流上升的越慢，電流的穩(wěn)定值就越高。通過故障仿真分析，檢測地鐵車輛直流饋線的電流大小和上升率，能夠準確地檢測出牽引系統(tǒng)有沒有發(fā)生故障。

二、地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)的故障與檢修

1.輔助系統(tǒng)故障的主要表現(xiàn)電容器故障。逆變器內(nèi)部安裝有起到穩(wěn)壓作用的鋁電解電容器。鋁電解電容器的氧化膜在電容工作時很容易被損壞，雖然其自身有一定的自愈性，但是，當氧化膜的破壞速度大于其自愈速度時，氧化膜來不及修補，就會導致氧化膜被損壞甚至是擊穿，導致電容器失效。電力半導體器件故障逆變器經(jīng)常在強烈的電浪涌環(huán)境中工作，逆變器失效通常是由電力半導體器件失效引起的，但是，設(shè)計師在設(shè)計的過程中并不重視對電力半導體器件的保護，所以，導致電力半導體器件失效。弱電半導體器件故障逆變器中存在許多弱電半導體器件，只要其中的一個器件失效，都會降低整個系統(tǒng)的性能，甚至會使整個系統(tǒng)喪失功能。導致半導體器件失效的原因包括兩個方面，一方面是內(nèi)因，由于器件自身的固有可靠性；另一方面是外因?qū)е碌墓收希饕囟仁АC械過應力失效、靜電損傷失效、過電應力失效、濕度失效等。

2.輔助系統(tǒng)的故障檢修輔助系統(tǒng)的故障檢修方法通常采用神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷法，主要表現(xiàn)為：①訓練創(chuàng)建網(wǎng)絡。將采集到的輔助系統(tǒng)的信息樣本輸入到尚未訓練的網(wǎng)絡中，對樣本數(shù)據(jù)進行ANN 訓練，經(jīng)過自學獲得期望得到的診斷網(wǎng)絡。②網(wǎng)絡診斷。利用神經(jīng)網(wǎng)絡進行前向計算的過程，即根據(jù)診斷輸入對系統(tǒng)進行診斷的過程。通過特征提取和預處理，對輔助系統(tǒng)的信息樣本和故障數(shù)據(jù)進行適當?shù)念A處理，然后在神經(jīng)網(wǎng)絡中進行故障檢測。

三、結(jié)束語

為了確保地鐵車輛可以安全、可靠的運行，需要采取科學合理的措施來保障地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引及輔助的系統(tǒng)的工作狀態(tài)。因此，為了確保牽引及輔助系統(tǒng)的工作狀態(tài)滿足地鐵運行狀況下的要求，有必要對其故障原因進行細致分析，從而為檢修方案更有針對性的制定打下基礎(chǔ)，進而在有助于提升檢修水平的同時，保障地鐵車輛的運行安全，對于提升我國地鐵車輛的整體運營水平有著極為重要的現(xiàn)實意義。