徐洪杰 中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司

地鐵車輛在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一系列的故障，其中，電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的故障是最常見(jiàn)的。下面從牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)、出現(xiàn)的故障、檢修方法三方面進(jìn)行分析。

一、地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引的故障分析與檢修

1.牽引系統(tǒng)的故障分析。牽引系統(tǒng)的故障分析包括以下幾個(gè)方面。非正常運(yùn)行狀態(tài)由于地鐵車輛運(yùn)行時(shí)處于制動(dòng)、過(guò)三軌無(wú)電區(qū)、啟動(dòng)狀態(tài)，并且車輛在上下班高峰時(shí)段經(jīng)常會(huì)處于過(guò)載的運(yùn)行狀態(tài)。這時(shí)會(huì)導(dǎo)致車輛制動(dòng)，制動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電流和電壓發(fā)生較大的波動(dòng)。這種負(fù)荷狀態(tài)與牽引系統(tǒng)的短路狀態(tài)十分相似，可能會(huì)導(dǎo)致繼電器保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，對(duì)地鐵車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)造成損害。非金屬性短路故障非金屬性短路故障主要指的是發(fā)生在非金屬性狀況下的短路故障，例如雨雪覆蓋或淹沒(méi)軌道的狀況。這時(shí)，雨雪可以作為供電系統(tǒng)在啟動(dòng)階段的導(dǎo)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(yùn)行時(shí)間的增加，支撐件上會(huì)出現(xiàn)污穢或絕緣支座絕緣保護(hù)老化的情況，由此產(chǎn)生的泄漏電流經(jīng)過(guò)絕緣支座流向接地扁銅，然后通過(guò)變電所地網(wǎng)重新流回變電所負(fù)極。這種由于絕緣故障導(dǎo)致的短路故障是非金屬性短路故障中最常見(jiàn)的一種。此外，在三軌供電系統(tǒng)中，還有一種常見(jiàn)的非金屬性短路故障，即電弧短路故障，它是指帶電體對(duì)導(dǎo)體放電而引起的短路，例如第三軌對(duì)地放電。

金屬性故障金屬性故障指的是鋼軌和三軌間發(fā)生的金屬接觸，或是絕緣支座（支座底部設(shè)置了接地扁銅，與整個(gè)供電系統(tǒng)的地網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接，主要用于三軌和大地的絕緣）被擊穿，導(dǎo)致接地扁銅和三軌直接發(fā)生短路的情況。例如供電系統(tǒng)在進(jìn)行停電檢修工作時(shí)，檢修人員并沒(méi)有將放置在鋼軌和三軌之間的金屬工具帶走，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)重新送電時(shí)發(fā)生鋼軌與三軌之間的直接短路故障。

2.牽引系統(tǒng)的故障檢修。地鐵車輛牽引系統(tǒng)故障檢修通常采用故障仿真分析進(jìn)行檢修。地鐵牽引系統(tǒng)故障的位置通常位于供電臂原理牽引變電所的遠(yuǎn)端，通過(guò)對(duì)近遠(yuǎn)端斷路故障進(jìn)行仿真分析，分別得出近遠(yuǎn)端斷路點(diǎn)的饋線電流，從中能夠看出電流的穩(wěn)態(tài)值會(huì)隨著故障距離的變化而發(fā)生變化，即隨著故障距離的減小而增大，并且故障點(diǎn)離接觸網(wǎng)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(wǎng)電壓有沒(méi)有發(fā)生突變。模擬仿真分析為了避開(kāi)牽引變電站子模型的初始階段存在的暫態(tài)過(guò)程，通過(guò)設(shè)置以下模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行故障仿真分析，即設(shè)置1 臺(tái)地鐵車輛在0.05s啟動(dòng)，在0.11s 時(shí)分別在2 km、3km 處設(shè)置遠(yuǎn)端故障模擬試驗(yàn)，以此模仿實(shí)際的短路故障。通過(guò)分析直流饋線電流仿真結(jié)果，能夠得出類似的指數(shù)函數(shù)，即距離接觸網(wǎng)末端的距離越遠(yuǎn)，電流上升的越慢，電流的穩(wěn)定值就越高。通過(guò)故障仿真分析，檢測(cè)地鐵車輛直流饋線的電流大小和上升率，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出牽引系統(tǒng)有沒(méi)有發(fā)生故障。

二、地鐵車輛電氣系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)的故障與檢修

1.輔助系統(tǒng)故障的主要表現(xiàn)電容器故障。逆變器內(nèi)部安裝有起到穩(wěn)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(shí)很容易被損壞，雖然其自身有一定的自愈性，但是，當(dāng)氧化膜的破壞速度大于其自愈速度時(shí)，氧化膜來(lái)不及修補(bǔ)，就會(huì)導(dǎo)致氧化膜被損壞甚至是擊穿，導(dǎo)致電容器失效。電力半導(dǎo)體器件故障逆變器經(jīng)常在強(qiáng)烈的電浪涌環(huán)境中工作，逆變器失效通常是由電力半導(dǎo)體器件失效引起的，但是，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的過(guò)程中并不重視對(duì)電力半導(dǎo)體器件的保護(hù)，所以，導(dǎo)致電力半導(dǎo)體器件失效。弱電半導(dǎo)體器件故障逆變器中存在許多弱電半導(dǎo)體器件，只要其中的一個(gè)器件失效，都會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的性能，甚至?xí)拐麄€(gè)系統(tǒng)喪失功能。導(dǎo)致半導(dǎo)體器件失效的原因包括兩個(gè)方面，一方面是內(nèi)因，由于器件自身的固有可靠性；另一方面是外因?qū)е碌墓收?，主要包括溫度失效、機(jī)械過(guò)應(yīng)力失效、靜電損傷失效、過(guò)電應(yīng)力失效、濕度失效等。

2.輔助系統(tǒng)的故障檢修輔助系統(tǒng)的故障檢修方法通常采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法，主要表現(xiàn)為：①訓(xùn)練創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。將采集到的輔助系統(tǒng)的信息樣本輸入到尚未訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行ANN 訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)自學(xué)獲得期望得到的診斷網(wǎng)絡(luò)。②網(wǎng)絡(luò)診斷。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前向計(jì)算的過(guò)程，即根據(jù)診斷輸入對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷的過(guò)程。通過(guò)特征提取和預(yù)處理，對(duì)輔助系統(tǒng)的信息樣本和故障數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，然后在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行故障檢測(cè)。

三、結(jié)束語(yǔ)

為了確保地鐵車輛可以安全、可靠的運(yùn)行，需要采取科學(xué)合理的措施來(lái)保障地鐵車輛電氣系統(tǒng)中牽引及輔助的系統(tǒng)的工作狀態(tài)。因此，為了確保牽引及輔助系統(tǒng)的工作狀態(tài)滿足地鐵運(yùn)行狀況下的要求，有必要對(duì)其故障原因進(jìn)行細(xì)致分析，從而為檢修方案更有針對(duì)性的制定打下基礎(chǔ)，進(jìn)而在有助于提升檢修水平的同時(shí)，保障地鐵車輛的運(yùn)行安全，對(duì)于提升我國(guó)地鐵車輛的整體運(yùn)營(yíng)水平有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。