地鐵車輛輔助電源系統及典型故障處理分析

王躍 李雪剛

摘要：本文主要介紹了地鐵車輛輔助電源系統的基本結構、重要參數以及系統特點，并結合典型故障的具體處理實例，對故障出現原因、試驗以及后續整改措施進行了重點分析，為今后故障處理制訂了合理、高效的解決方案。

關鍵詞：地鐵;車輛輔助電源系統;故障處理

一、地鐵車輛輔助電源系統

當前，我國城市經濟得到了飛速發展，廣大市民對于交通出行的要求越來越高，因此，在城市道路系統中，由于人們對地鐵車輛出行的依賴，也就有了更高標準的要求，相應的車輛輔助裝置因其為車輛運行提供保障而倍受關注。地鐵車輛輔助電源系統的突出作用在于能夠把受流裝置中運行形態為直流供電完全轉變為AC380V輸出，滿足車輛直流與交流負載的基本供電需求，如空氣壓縮機、蓄電池組件、空調系統、照明系統等供電，其最為重要的部件是輔助逆變器。

輔助逆變器的基本工作原理是把經由第三軌受流或者受電弓輸入的750V或1500V直流電壓經熔斷器、接觸器以及輸入濾波器等器械部件直接向IGBT逆變器中進行輸送，控制組件借助三相交流濾波影響的IGBT控制使得逆變器最終輸出徹底轉化為PWM，產生準正弦波電壓，然后經由三相變壓器耦合獲取AC380V這一有效值[1]。當前在我國廣泛使用的輔助逆變器設備配置主要有兩種類型，一種是分散設置、并網供電，另外一種是集中設置、交叉供電。過去地鐵較多的選擇并網供電。但是隨著大功率逆變獲得了技術上的一次次突破，現在集中布置也得到了廣泛的應用。

二、地鐵車輛輔助系統典型故障處理

地鐵車輛輔助電源系統在供電問題中經常出現的故障有部件損壞、接觸器故障、輸出失衡或缺相、輔助逆變器輸入過壓、元器件不導通、R相過流保護、異響、輔助逆變器輸入過流、T相過流保護以及散熱不良、輸出欠壓等。

其中較為典型的故障主要有T相過流保護、輔助逆變器輸入過壓、T相過流保護以及輔助逆變器輸入過流四種，故障具體表現都是“輔助逆變器輸入過流/過壓”、“R相/T相過流保護”，造成輔助逆變器發生鎖定而停止運行[2]。

本文以某城市一地鐵車輛為例，其輔助電源系統參數如圖1所示，對其過去出現的各種故障問題進行查詢，為更詳細的了解車輛的具體情況，對ERM數據所反映出來的詳細情況進行分析，發現在有故障問題出現時，TC1車中配置的輔助逆變器在設備直流側的具體輸入電壓高達1054V，TC2車輔助逆變器直流側的具體輸入電壓高達10548V，連續輸入電壓達到400ms。

1.外部原因排查

輸入電壓波動可能是由于接觸軌、無電區或者受流器有接觸不良、起弧等原因造成的，因此，當輔助逆變器輸入過電流的地鐵車輛晚上返回倉庫后，全面檢查受流器后發現，集電器表面沒有出現任何的電弧現象，且地鐵車輛出現故障的地方與接觸軌區段不一致，也就初步消除了外部原因。

2. 地鐵車輛系統分析與排查

考慮到車輛本身的情況，僅有其上搭載的牽引系統在執行制動操作的情況下才會影響外部網絡電壓，使其電壓值大度增加。故本次研究集中在所搭載牽引系統所發揮的電制動效果。結合日常發揮電制動效果的運行原理，再生制動發揮作用后，網壓會明顯升高[3]。當它上升到第一個閾值時，斬波器打開，此時，電阻制動作用開始發揮。在正常運行狀態下，此時電壓值是降低的。但是在其低到一定程度時，斬波器會直接被停掉，再生制動效果重新生。此時，如果電壓還在變大，到達第二個閾值時，將完全轉換為空氣制動。

3. 處理措施與現場驗證

通過對以上得到統計資料的系統分析可以知道，完全不存在各種外接因素與牽引系統干擾的影響，可以確定故障出現的原因在于二極管v1部件在反向截止位置產生的內部震蕩引起的。

于輔助逆變器內部系統中添加脈沖控制算法，并于基礎輸出電壓環部件中添加SPWM控制組件，利用調制輸出功能形成對電流震蕩的有效抑制。輔助逆變器程序更新后，為了對實際效果進行驗證，在程序更新前后選擇一列列車在試驗線上進行試驗，實時對輔助逆變器輸入電壓和電流進行監測。在試驗線上，進行了三十多次反復的牽引和制動。在完成程序的全部更新之前，共檢測到故障波形三次，波形可以反映出輸入電流與電壓呈現出來的波動比較大。在程序更新完畢后，輔助逆變器部件中的輸出電流與電壓所檢測到的波形沒有過于振蕩。對于以上結果的分析，已經對出現故障的地鐵車輛進行了整改，且后續此類故障未再出現。

結語

地鐵車輛中配置的輔助逆變器負載一般情況下為感性負載，在實際運行過程中能夠極大影響輔助逆變器本身，所以，該系統的穩定性仍有待提高，且冗余設計方面需要進一步優化。針對大負荷運載設備進行變頻設計或者是軟啟動，降低產生的諧波與不利沖擊。在解決地鐵車輛電氣系統中比較容易產生的電氣故障，需要建立起系統的處理思路和方案，由淺入深，循序漸進，完成地鐵車輛故障問題的分析。

參考文獻：

[1]萬翔.張曉梅.. 我國首臺靜止式地鐵車輛輔助電源研制成功[J].航天技術與民品，2020，18（05）：222-223.

[2]李斌斌.張國旺.丁潔瓊.李樹棟. 關于某地鐵車輛立扶手安裝的力學分析與結構優化[J].智能制造，2020，5（03）：132.

[3]丁彬彬.曾祥金.方傳明.許亮.淺析地鐵車輛受電弓基礎構造及維護[J].技術與市場，2019，4（49）：122-123.