廣州地鐵14號線列車過斷軌區報牽引故障研究及改善

黃浩東 韓曉輝

摘要：針對廣州地鐵14號線列車在運營過程中經過斷軌區牽引系統偶發逆變過流故障的問題，介紹了14號線主線的斷軌區情況和牽引系統報逆變過流故障的診斷機制，分析了故障產生的原因，并提出了相應的整改方法，取得了良好效果。

關鍵詞：斷軌區;逆變過流;故障分析;解決措施

1 故障現象

2020年6月26日，14019020車在14號線主線運行時偶數單元先后出現了3次牽引設備圖標變黃色（輕微故障）的情況，讀取故障履歷確認這3次故障信息分別為：

（1）14：13：07報14B020“DCU模塊1逆變過流”、14C020車“DCU模塊2逆變過流”，14：17：25司機手動復位。

（2）21：47：42報14B020“DCU模塊1逆變過流”、14C020車“DCU模塊1逆變過流”“DCU模塊2逆變過流”，21：49：10自動復位。

（3）21：54：42報14B020“DCU模塊1逆變過流”、14C020車“DCU模塊1逆變過流”“DCU模塊2逆變過流”，22：03：27司機手動復位。

2 故障調查

2.1? ? 故障邏輯

根據DCU故障邏輯，當DCU模塊逆變輸出相電流瞬時值>1 050 A時，封鎖相應模塊脈沖，DCU自動延時復位;30 min內若連續出現3次及以上DCU模塊逆變過流故障，則需手動復位，如表1所示。

2.2? ? 斷軌區單元車失電原理

14號線列車為B型車，采用6節車廂編組，前后3節車廂分別組成兩個單元車，單元車內集電靴高壓側聯通，同時分別向本單元的牽引設備供電。一列車共有12個集電靴，分兩側均衡分布，每個單元各6個集電靴，集電靴在列車上的布置如圖1所示。

鑒于列車及線路上各設備限界要求，部分接觸軌需分段布置，當列車行駛路徑上出現連續斷口時，可能造成單元車內牽引設備失電。

如圖2所示，l1、l3、l5分別表示接觸軌斷口長度，l2、l4分別表示錨段實際長度，當集電靴C2離開Y03錨時，所在單元車全部集電靴（A2、B2和C2）均懸空，故單元車牽引設備失電，失電長度為：L=（32.58+19.98）-（l2+l3+l4）。

2.3? ? 14號線主線斷軌區情況

工作人員查閱《14號線（含支線）單元車失電區圖冊》，發現14號線主線有25條行車路徑存在單元車牽引設備失電的情況。經過逐一核實，其中只有9條路徑、涉及3個位置與常規的運營組織行車有關，如圖3所示，分別為嘉禾望崗折返線進出站臺、白云東平站側股下行出站和上行進出站、太和側股上行出站和下行進出站，其余路徑為出入場線、過渡線、存車線等，常規運營組織行車暫不涉及。

通過車輛事件記錄儀數據分析，如圖4所示，列車全線運行單元車牽引設備輸入電壓只會在嘉禾望崗折返線、白云東平、太和3個站出現失電波動的情況，與斷軌區位置相符。由于列車每次經過斷軌區運行的工況略有差異，單元車牽引設備輸入電壓波動的情況也會存在一定的差異。

2.4? ? DCU模塊逆變過流故障產生及復位情況

通過分析DCU數據核實6月26日報的3次故障，情況如下：

第一次由于列車在白云東平（下行）出站、白云東平（上行）出站、太和（上行）出站都產生DCU逆變過流，如圖5所示，所以列車在14：13：07經過太和（上行）出站時牽引設備圖標變黃色，需要司機手動復位。

第二次由于列車在太和（下行）出站、白云東平（下行）出站、白云東平（上行）出站都產生DCU逆變過流，如圖6所示，所以列車在21：47：42經過白云東平（上行）出站時牽引設備圖標變黃色，21：49：10剛好一個DCU內部30 min計時周期結束，此時DCU逆變過流次數會自動減1，所以故障自動復位。第三次，21：54：42列車經過太和（上行）出站時，又產生了DCU逆變過流，所以此時牽引設備圖標又變成黃色，需要司機手動復位。

2.5? ? DCU模塊逆變過流故障產生分析

通過對比分析列車經過斷軌區的數據（表2），工作人員發現當DCU電網電壓失電波動低于1 100 V時，重新進入有電區DCU會產生逆變過流情況;當DCU電網電壓失電波動高于1 100 V時，重新進入有電區DCU則不會產生逆變過流情況。

DCU模塊逆變出現逆變過流故障屬于時代牽引設備正常特性的表現，當輸入電壓出現較大波動，超過DCU模塊本身抗干擾的能力時，就會引起逆變器后級三相輸出電流出現較大幅度的波動，波動一旦超過閾值（1 050 A）則報“逆變過流”故障。

2.6? ? 故障調查結論

綜上分析，由于14號線在太和、白云東平、嘉禾望崗3個位置的斷軌區過于集中，且列車從太和下行進站斷軌區再到太和上行出站斷軌區的運行時間剛好為30 min，與DCU的計時周期一致，當列車經過上述線路區段時，若因斷軌區導致出現3次及以上逆變過流故障時，牽引設備圖標變為黃色，需要司機手動復位DCU，否則會影響列車正常運營。

3 整改方法

為解決14號線列車正線運營過程中經過斷軌區牽引系統偶發逆變過流故障的問題，通過研究將從以下兩個方面進行整改：

3.1? ? 增加微制動功能

DCU通過檢測輸入電壓的跌落速率來判斷列車經過無電區，此時DCU進入微制動狀態，盡可能通過微制動來維持DCU中間電壓，避免在重新進入有電區后由于較大的網壓突變引起逆變過流的發生，但微制動仍只能降低發生故障的頻次，無法完全杜絕。

3.2? ? 優化故障診斷邏輯

結合14號線線路特性，進一步優化DCU模塊逆變過流故障的計時周期及自復位次數，避免列車剛好連續經過太和、白云東平、嘉禾望崗3個位置時多次產生逆變過流，導致牽引設備圖標變為黃色，影響列車正常運營。

4 整改效果

14號線列車通過增加DCU微制動功能，并通過試驗優化微制動啟動條件，最終確定微制動啟動條件為DCU輸入電壓變化率每100 ms高于85 V效果最好。目前對其跟蹤情況良好，升級新版DCU軟件后，列車正線運營再未出現過牽引系統偶發逆變過流故障的問題。

5 結語

14號線列車通過對DCU增加微制動功能，有效解決了在運營過程中經過斷軌區牽引系統偶發逆變過流故障的問題。正線經過斷軌區在三軌供電系統中較為常見，這為其他線路列車解決同類問題提供了一定的借鑒。

[參考文獻]

[1] 株洲中車時代電氣股份有限公司.廣州地鐵14&21號線DCU邏輯控制圖[Z].

[2] 株洲中車時代電氣股份有限公司.微制動功能說明[Z].

[3] 株洲中車時代電氣股份有限公司.廣州地鐵14&21號線車輛牽引系統軟件修改說明（逆變程序V3.5.7）[Z].

[4] 廣州地鐵集團有限公司.14號線（含支線）單元車失電區圖冊[Z].

收稿日期：2020-12-08

作者簡介：黃浩東（1992—），男，廣東揭陽人，城市軌道交通機車車輛助理工程師，從事車輛維修、國產化、調試等技術管理工作。

韓曉輝（1989—），男，湖南岳陽人，城市軌道交通機車車輛助理工程師，從事車輛維修、國產化、調試等技術管理工作。