地鐵車輛電氣系統中牽引與輔助系統的故障與檢修

高宏飛

摘 要：在城市化進程日益加快的推動下，傳統的交通工具已經很難滿足人們的需要，尤其是以汽車為首的交通工具，不僅會影響城市交通效率，而且會對城市環境造成嚴重的污染。在此背景下，各大城市發展了軌道交通，而地鐵作為城市軌道交通的重要組成部分，大大緩解了城市交通存在的問題。

關鍵詞：地鐵車輛電氣系統;牽引與輔助系統故障;檢修

0 前言

地鐵，是在地下承載交通運輸且封閉獨立的交通系統，主要采用自動化設備等現代化手段，通過對地下環境的實時監測和把控，從而保障地下交通安全運輸的工具。目前的地鐵車輛在運行過程中，牽引系統和輔助系統經常出現故障，嚴重影響了地鐵車輛的正常行進和整個地鐵的運營，一旦這些故障無法得到有效的解決，甚至會對人們的日常出行造成困擾。因此，加強對地鐵車輛的牽引系統和輔助系統的故障檢修是提升地鐵運行可靠性的重要措施。

1 地鐵相關概述

在很多城市中，地鐵方便、快捷且運輸時間穩定等，是人們交通出行最重要的選擇之一。目前，我國已經建成地鐵或者正在建設的城市較多，地鐵發展的規模愈發龐大。隨著地鐵的廣泛應用，需要加強對于地鐵建設和運營中的安全因素分析和研究，為地鐵的進一步發展提供可靠的依據。通常來說，地鐵都是處于城市地下。因此，地面上的路況以及外界氣候因素對地鐵運行的影響不大。但是，由于地鐵前期建設工程周期長，且不可控因素較多，所以需要不斷地加強地鐵安全建設工作，避免出現地鐵建設問題和安全隱患，并重視后期的地鐵安全運行情況，杜絕安全事故的出現，保證地鐵的穩定發展。

2 地鐵車輛電氣系統中牽引的故障分析與檢修

（1）牽引系統的故障分析。牽引系統的故障分析包括以下幾個方面。非正常運行狀態由于地鐵車輛運行時處于制動、過三軌無電區、啟動狀態，并且車輛在上下班高峰時段經常會處于過載的運行狀態。這時會導致車輛制動，制動會導致電網的電流和電壓發生較大的波動。這種負荷狀態與牽引系統的短路狀態十分相似，可能會導致繼電器保護裝置的誤動作，對地鐵車輛的電網系統造成損害。非金屬性短路故障主要指的是發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，支撐件上會出現污穢或絕緣支座絕緣保護老化的情況，由此產生的泄露電流經過絕緣支座流向接地扁銅，然后通過變電所地網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。金屬性故障指的是鋼軌和三軌間發生的金屬接觸，或是絕緣支座（支座底部設置了接地扁銅，與整個供電系統的地網結構連接，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生短路的情況。例如供電系統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，這會導致系統重新送電時發生鋼軌與三軌之間的直接短路故障。

（2）牽引系統的故障檢修。地鐵車輛牽引系統故障檢修通常采用故障仿真分析進行檢修。地鐵牽引系統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態值會隨著故障距離的變化而發生變化，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電壓有沒有發生突變。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過程，通過設置以下模擬實驗進行故障仿真分析，即設置1臺地鐵車輛在0.05 s啟動，在0.11 s時分別在2 km、3 km處設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果，能夠得出類似的指數函數，即距離接觸網末端的距離越遠，電流上升的越慢，電流的穩定值就越高。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有沒有發生故障。

3 地鐵車輛電氣系統中輔助系統的故障與檢修

（1）輔助系統故障的主要表現電容器故障。逆變器內部安裝有起到穩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常在強烈的電浪涌環境中工作，逆變器失效通常是由電力半導體器件失效引起的，但是，設計師在設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，都會降低整個系統的性能，甚至會使整個系統喪失功能。導致半導體器件失效的原因包括兩個方面，一方面是內因，由于器件自身的固有可靠性;另一方面是外因導致的故障，主要包括溫度失效、機械過應力失效、靜電損傷失效、過電應力失效、濕度失效等。C/AC逆變器即輔助逆變器，輔助逆變器從架空接觸網上受電，用作輔助電源，為空調裝置、空氣壓縮機、風扇電機和車輛內的所有交流負載供電。蓄電池組由若干個額定電壓的電池單元組成，對蓄電池的保護方式有：蓄電池充電器對充電電壓的控制;高分斷/低電壓能力熔斷器接到蓄電池的正負極;對充電時的過電壓、過電流的保護;蓄電池要與充電器隔離;蓄電池分斷接觸器，使蓄電池和負載隔離。輔助系統的故障檢修輔助系統的故障檢修方法通常采用神經網絡故障診斷法，主要表現為：1）訓練創建網絡。將采集到的輔助系統的信息樣本輸入到尚未訓練的網絡中，對樣本數據進行ANN訓練，經過自學獲得期望得到的診斷網絡。2）網絡診斷。利用神經網絡進行前向計算的過程，即根據診斷輸入對系統進行診斷的過程。通過特征提取和預處理，對輔助系統的信息樣本和故障數據進行適當的預處理，然后在神經網絡中進行故障檢測。

4 結束語

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中牽引及輔助的系統的工作狀態。因此，為了確保牽引及輔助系統的工作狀態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，為檢修方案更有針對性的制定打下基礎。這有助于提升檢修水平，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意義。

參考文獻：

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