電動客車加速不良原因分析與措施

韓賀

（北京市地鐵運營有限公司運二分公司，北京 100071）

0 引言

近年來，我國城市軌道交通車輛技術迅猛發展，城市軌道交通規模越來越大。由于城市軌道交通運輸本身具有時效性、準確性、穩定性等特點，這對車輛運行維護提出了新的要求。因此，在軌道車輛維護工作的過程中，不斷完善網絡控制回路維護方式十分必要，需要從實際出發，梳理設備技術參數，以找出更具可行性的維護方案。

1 網絡控制基本情況

1.1 網絡控制原理

車輛采用符合《地鐵設計規范》（GB 50157—2013）規定的B 型車，網絡控制系統為傳送牽引及制動控制等車輛運行有關的信號的傳送系統，采用PROFIBUS 傳送方式，傳送速度為1.5MBit/s[1]。另外，為了達到網絡控制系統冗余化，由1 系及2 系構成二重系統。

二重系是冗余系的基本構成方法，但是向對象設備的輸出按照待機二重系的思路。通常1 系及2 系都進行控制運算，但僅將運作系的輸出有效化，運作系發生異常時通過將待機系的控制演算輸出有效化，繼續進行列車控制[2]。如果運作系、待機系都發生異常（二重系統故障）時，將不能進行網絡控制，會將司機提示燈（控制傳送異常）點亮，向VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）裝置及制動控制裝置等輸出網絡控制異常信號。

1.2 故障情況

地鐵車輛按照運營圖正常完成載客任務，其中在ATO（自動駕駛）模式下行駛正常，在ATB（自動折返）模式下自動折返正常。運營期間地鐵車輛在ATB模式下在郭公莊站完成自動折返后，在ATO 模式下出站時發生了加速不良情況。主要故障現象為TMS（監控顯示器）顯示2 號車和5 號車的VVVF 大約在時速20km/h 時牽引力開始降低，且在40km/h 時牽引力變為0km/h，4 號車的VVVF 正常動作。其間，乘務員多次進行牽引試驗，車輛速度均處于受限狀態，在豐臺南路站停車時，乘務員通過操作司控器手柄施加至緊急制動，之后再次嘗試車輛牽引，車輛速度恢復至正常百分比輸出。

車輛牽引速度受限故障導致運營線當日大量運營晚點，如果乘務員緊急處置無法解決該故障，影響程度將進一步擴大。該故障現象較為罕見，但一旦出現對運營線路影響極大，因此需對該故障原因進行分析研究，并制訂切實有效的解決措施。

2 車輛加速不良原因分析

2.1 故障記錄分析

截取故障時刻網絡系統運行記錄中的牽引輸出數據和車輛速度數據，如圖1 所示，從圖中的數據可以看出，車輛牽引PWM 值輸出100%后，車輛速度曲線值停留在40km/h 以內。通過記錄分析可以看出：從自動折返后出站時發生加速不良。車輛自動折返并進站后，在自動折返模式結束之前（緊急制動起作用之前），司機對手柄進行操作，緊急制動不動作。而后，緊急制動起作用，加速不良現象消失。

圖1 事件記錄

從上述情況可以分析得出，造成車輛出現加速不良的原因如下：

一是車輛折返后切換頭車時，TMS 在極短的時間內建立起后退駕駛模式。可以推測建立時間在VVVF—TMS 的控制傳輸周期（50ms）以下。二是VVVF 從TMS 收到后退駕駛的信號時，VVVF 建立起后退駕駛模式。因為TMS 的后退駕駛信號的輸出時間極短，VVVF 會有收不到信號的情況。三是根據VVVF 的邏輯，在VVVF 的后退駕駛模式成立的狀態下，在大約30km/h 時有速度限制。另外，后退駕駛模式持續至緊急制動起作用為止。因此，緊急制動起作用后恢復了正常動作。

2.2 模擬故障，復現車輛牽引加速不良

為驗證分析結果的正確性，通過試驗對故障現象進行驗證，得出：VVVF 在后退行駛（司控器的方向桿為R 時駕駛）模式時，會有速度限制，即車輛出現牽引加速不良的情況。

速度限制解除的條件為緊急制動動作（緊急制動信號286b=不得電）的時候。

因此，在緊急制動不動作的狀態下建立后退運行模式后，即使是將司控器方向桿放到F 位也不會解除后退運行模式。

挑選正線運營正常結束的車輛進行試驗，以確保車輛不存在特殊性。將VVVF 內的EBR（緊急制動繼電器）繼電器更換為試驗用繼電器。試驗用繼電器是將觸點短接，使42 號線變為常得電狀態，控制原理如圖2 所示。

試驗中要注意：一是使用試驗用繼電器時，一旦后退運行模式建立起來，操作司控器也不能解除該模式。二是出現緊急情況時，如果要解除后退運行模式，需要斷合VVVF 的電源或者斷合蓄電池。

經上述試驗驗證，后退運行模式建立的情況，確實可造成列車啟動速度異常的故障現象。

2.3 牽引速度異常情況下的處理策略

經事件記錄分析和進一步試驗研究發現，車輛折返后會在一定條件下極短的時間內建立起后退駕駛模式。其他編組也有發生加速不良的可能性，為防止此類故障再次發生，應做如下緊急處理：一是自動折返時，在完成自動折返至緊急制動起作用的時間內，不要操作手柄。二是自動折返后，如果在緊急制動沒開始起作用的狀態下誤操作手柄，應先將司控器手柄放至緊急制動位置，使緊急制動動作。三是行駛中發生加速不良時，應將司控器手柄放至緊急制動位置，施加緊急制動。

2.4 故障原因總結

通過對列車網絡控制原理、運行記錄、中央傳送裝置單元控制程序、VVVF 建立后退駕駛模式的原因的分析，以及模擬現場故障進行分析，最終找出列車無法正常加速的原因：車輛折返后切換頭車時，TMS在極短的時間內建立起后退駕駛模式，VVVF 從TMS收到后退駕駛的信號時，VVVF 建立起后退駕駛模式，在VVVF 的后退駕駛模式成立的狀態下，在大約30km/h 時有速度限制。

3 故障處理措施——程序邏輯修正

根據故障分析確認TMS 程序邏輯存在問題，通過修改程序邏輯對后退駕駛信號輸出條件進行修正，即對CCU 上的后退駕駛模式的建立條件進行修正。

變更前的邏輯原理如圖3 所示，“牽引方向”“司機臺有效”信號同時建立后，CCU 會建立起后退駕駛模式。

圖3 變更前邏輯原理圖

變更后的邏輯原理如圖4 所示，“牽引方向”“司機臺有效”的邏輯沒有變更，后退駕駛模式的建立增加一個條件“司控手柄牽引位”，即司控器需要置于牽引位置。

圖4 變更后邏輯原理圖

4 應用與成效

4.1 變更邏輯的應用

應用對象為DKZ33 型和BDK04 型電動客車共計38列，隨機抽取1 組車輛進行變更邏輯的試驗，包括車輛的靜態試驗、動態試驗、試車線試驗和正線試驗，以確保變更后的邏輯運行穩定，滿足車輛載客安全運行。

2022 年10 月28 日開始應用變更后的邏輯，截至2022 年11 月28日，列車平均 運行10000公里，對運行期間車輛是否存在牽引加速不良的故障進行了統計，共計開行150 列次，未發現車輛再次出現加速不良情況。

2022 年12 月1 日對剩余37 組列車進行變更邏輯刷新，截至2023 年1 月1日，共計開行約4800列次，均未發現車輛再次出現加速不良情況。

4.2 應用成效

通過修正程序邏輯，車輛網絡控制趨于穩定，更符合時效性更高的地鐵運營需求，且經過修正，網絡控制更具經濟性、高效性和安全性，提高了維修部門的維護效率，減少了車輛故障，提高了行車質量，為乘客提供了更加安全舒適的乘坐體驗。

5 結語

地鐵車輛維修是軌道交通維護的核心內容。以車輛故障及原理分析為切入點，通過事件記錄分析和試驗驗證程序邏輯存在缺陷，嘗試新的可行性維修方案，即修正網絡控制邏輯，并通過試驗驗證了變更邏輯在車輛維護方面更具時效性、準確性與穩定性。

軌道交通車輛維護涉及面較廣，除DKZ33 型電動客車牽引加速不良外，還有其他問題需要進一步研究解決，如車輛牽引無流、車輛制動不緩解等，都可以考慮修正控制邏輯，從而提高電動客車的運行穩定性。此外，需要不斷進行技術總結，進而為軌道交通車輛維護提供更合理的方案，促進軌道交通的發展。