地鐵車輛電氣系統中牽引與輔助系統的故障與檢修

張野 寧洪博 沈陽地鐵集團有限公司運營分公司

地鐵交通作為現如今城市的主要交通方式，其便利的路線、相對于路面交通擁擠的寬松和其低碳環保的性能都受到了城市居民的認可。而作為城市最主要的交通方式，其安全性是不可忽略的。地鐵車輛相對于路面交通擁有更大的載客量，一旦出現事故便是不可估量的損失。而地鐵車輛的牽引系統和輔助系統便是最容易發生故障的裝置。

一、牽引系統的故障分析與檢修方法

（一）故障分析

1.超負荷運行

作為一種載客量極大的交通方式，一輛地鐵可以容納的乘客是客車的數十倍，所以在高峰期時過大的載客量會給地鐵的運行造成極大的損害。而地鐵是在復雜的地下交通軌道上運行，有時站點與站點之間的距離太近，導致剛剛啟動不久便開始制動，在這種長時間的超負荷運行中，會對地鐵的制動以及啟動帶來很大的問題，會造成地鐵車輛的電路存在短路的問題，從而影響地鐵的運行電網。

2.金屬短路

金屬性短路是鋼軌和三軌之間發生金屬連接才會造成的短路現象。比如檢修人員在進行完檢修工作后并沒有將鋼軌和三軌之間的金屬工具拿走，這會導致地鐵重新運行時造成鋼軌與三軌之間的直接短路現象。還有一種情況便是底座的絕緣體被高電壓擊穿，從而造成短路。

3.絕緣體失效

在地鐵運行過程中，免不了碰到雨雪問題。而原本固定在道床上的絕緣支座也會因為水能夠導電的原因從而使其與接地扁銅間的絕緣效果大大下降。同時，長時間的使用與運行會讓地鐵車輛的支撐件上出現大量的污物從而導致絕緣效果降低。這樣會造成電流通過絕緣支座傳到接地扁銅上，形成回路，從而造成短路的現象。

（二）檢修方法

地鐵車輛的牽引系統出現故障是比較常見的情況之一。而采用仿真的方式便可以有效的對牽引系統發生故障進行檢修。在進行檢修時，整個地鐵牽引系統處于斷電狀態，而在這時進行短路的仿真操作便可以進行故障檢修。其中的原理便是電流的運動狀態會根據其與故障點之間的距離的縮短而增加的；且電流的上升速度會隨著故障點與接觸點的距離接近而變小。通過分析仿真操作得到的電流情況，可以得到關于電流的指數函數，即故障點距離接觸點越遠，電流的上升速度越慢；故障點距離接觸點越近，電流的上升速度便會越快。通過仿真實驗得到接觸點電流的大小以及指數函數的斜率便可以準確的檢測出牽引系統到底有無故障以及故障點的位置。

二、輔助系統的故障分析與檢修方法

（一）故障分析

1.弱電半導體器件失效

在逆變器內含有一件非常重要的輔助工具，那便是弱電半導體器件。這些器件的作用是輔助電力半導體器件進行電能的轉換和電路的控制。如果弱電半導體器件失效，那么整個逆變器的工作也會發生故障，嚴重時也會導致逆變器失效。而導致弱電半導體器件失效可以分為兩個原因：（1）其自身的可靠性。每一個電子元件都有其自身的用途，如果其自身質量有問題便會導致逆變器失效。（2）外部因素。導致半導體器件失效的外部因素也有很多，比如溫度過高、機械碰撞、電流損傷、濕度問題等。

2.電容器失效

在逆變器的內部還有一個以鋁作為電解質的電容器，其作用是穩定電壓。而鋁作為一個很常用的電解質原材料在長時間的使用后很容易損壞。鋁作為電解質發生的是氧化反應從而生成了三氧化二鋁的氧化膜，而氧化膜具有一定的保護作用。在發生輕微損害時，氧化膜能自主修復。但是當氧化膜損壞的速度大于其自主修復的速度時，便會被電容器內的高電壓擊穿，以至于電容器失去作用不能穩定電壓。

3.電力半導體器件失效

逆變器是工作于高電壓環境，其內部流過的電流也是非常大的。而電力半導體器件便是逆變器工作的核心，當電力半導體器件失效后逆變器便不能正常的工作。然而許多設計師在設計逆變器時過于追求提高逆變器的效率，忽略了對電力半導體器件的保護，導致了電力半導體器件的失效率較高。

（二）檢修方法

神經網絡故障診斷法是用來檢測輔助系統故障最常用的方法。它能作為檢測方法是因為：（1）高度的并行性：人工神經網絡有許多相同的簡單處理單元并聯組合而成，雖然每一個神經元的功能簡單，但大量簡單神經元并行處理能力和效果，卻十分驚人。（2）高度的非線性全局作用：人工神經網絡每個神經元接受大量其他神經元的輸入，并通過并行網絡產生輸出，影響其他神經元，網絡之間的這種互相制約和互相影響，實現了從輸入狀態到輸出狀態空間的非線性映射，從全局的觀點來看，網絡整體性能不是網絡局部性能的疊加，而表現出某種集體性的行為。而診斷的步驟可以分為兩個方面：（1）ANN 訓練算法。ANN 訓練算法是通過對接收到的輔助系統的信息進行計算，然后自動學習便可獲得期望得到的診斷網絡。（2）進行診斷。通過算法得到的診斷網絡，然后對整個輔助系統進行診斷，如果哪一個部分發生了故障，神經網絡會給出相應的數據。

三、結束語

現如今時代正在飛速發展，隨著人口的增多和交通工具的發展，城市的交通問題已經成了人們每日關注的熱點。每日上下班的高峰期，街上便會被來來往往的車輛堵得水泄不通，所以地鐵的確是居民最方便的交通方式。我國已經在地鐵的技術問題上取得了很大的成果，并且地鐵交通的發展也做得有聲有色。但是我國對于地鐵車輛電氣系統的故障檢修并不能稱得上居于世界前列。所以這就要求我國的技術人員以及工程師們能更加清晰的認識到對于車輛電氣系統故障檢修的重要性，不斷提升我國故障檢修的水平。