地鐵牽引系統(tǒng)控制比選解析

陳文逸

摘要：本文主要分析了地鐵牽引系統(tǒng)控制方法，其次闡述牽引系統(tǒng)的比較與實際選擇，通過比選分析以期進一步提高地鐵牽引系統(tǒng)運行控制的可靠性。

關鍵詞：地鐵牽引系統(tǒng);控制方法;車控;架控

1研究地鐵牽引系統(tǒng)的控制方法

現(xiàn)階段，地鐵車輛牽引系統(tǒng)控制多采用三種型式，即車控、架控和軸控。具體選擇，應結合地鐵車輛的項目編組情況、技術性能、造價成本以及線路條件等因素確定，以提高系統(tǒng)運行控制的可靠性。通常情況下，由于地鐵車輛每輛動車裝設有2臺轉向架，因此，轉向架要配置2根動軸，動軸要配置1臺牽引電機。當每輛車的2臺動力轉向架與4臺電機均為牽引逆變器負責控制，即牽引系統(tǒng)車控方式。當牽引逆變器控制對象為：1臺動力轉向架的2臺電機，即為架控方式。當牽引逆變器控制對象為1根動軸的1臺電機，即為軸孔方式。對于牽引逆變器來說，采用車控方式每輛動車只需布置1臺逆變器。架控，逆變器可由兩種方式配置，其一，1個較大逆變器箱中2個較小的逆變器以集成狀態(tài)模塊控制。每個模塊控制對象為：1臺轉向架2臺電機。此型式運行使用的優(yōu)勢體現(xiàn)在：集成度高且質量較輕。其二，每輛車設有2臺獨立運行的牽引逆變器箱，以分別狀態(tài)對每臺轉向架的電機進行控制。軸孔，因受車輛底部空間影響，多設置有2個逆變器箱，每箱設置2個逆變器模塊。

由于不同型式的地鐵牽引系統(tǒng)控制效果不同，相關建設者應結合地鐵實際需求進行選用。以下內(nèi)容為地鐵牽引系統(tǒng)的控制比選分析，以期為業(yè)內(nèi)建設人員提供一些理論依據(jù)。

2關于地鐵牽引系統(tǒng)的控制比較

以地鐵車輛故障運行能力與冗余性因素為例，來對比牽引系統(tǒng)控制方法。（1）車控方式，因部件故障而對整車故障造成影響的概率較低，所以，每節(jié)動車設置有1臺牽引逆變器。但是當逆變器發(fā)生故障后，所處車廂就會失去全部動力。如列車動拖比為1：1，就會導致動車數(shù)量與拖車數(shù)量比低于1：1。此時，列車處在故障條件下運行能力不高。（2）架控方式，由于與車控方式相比增設了1臺逆變器，車輛故障點增加，因此，受部件故障導致整車發(fā)生故障的概率較大。當1臺逆變器發(fā)生運行故障，所處車廂會失去50%的動力，在故障運行能力上比車控方式好。（3）軸孔方式，與車控方式相比增設了3臺逆變器，存在車輛故障點增加問題。但是當1臺逆變器發(fā)生運行故障，所處車廂只失去了25%動力，不會對處在故障條件下的列車牽引能力造成很大的影響[1]。由此可見，當車輛處于故障運行條件下，車控方式的故障運行能力不高;軸孔方式的故障點增加，但運行能力好，冗余性高。

在車下設備布置因素下，車控方式因僅設置1臺牽引逆變器，具有設備少，底架設備操作空間充足以及布置合理性高等特點。而架控與軸孔，因使用設備較多，且尺寸大，車下設備空間受限程度較高。如表1所示，為3種牽引控制方式下車下主要設備的配置情況。

表1動車車下主要設備配置情況

項目 車控 架控 軸控 質量（kg） 長×寬×高（mm）

牽引逆變器 1 2 4 990（車控） 2250×1800×520

720（架控） 1964×1650×573

制動電阻 1 2 4 560（車控） 2013×942×665

430（架控） 2400×1750×680

從表中可以看出，同一動車環(huán)境下，與車控相比，架控的車輛牽引逆變器與制動電阻在行駛方向上應增加2m左右。而軸孔，車下設備較多，需要移動至其他位置才可滿足空氣使用要求。

擴編因素，以某項目車輛初期編組為4節(jié)，后期需擴編至6節(jié)。初期牽引采用架控，如新增牽引系統(tǒng)也用架控，就會導致動力配置存在過分冗余問題，無法將列車配置性能充分發(fā)揮出來。此外，除了牽引系統(tǒng)控制復雜難度增加，擴編還涉及門系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)以及諸多更改軟件等方面。如考慮后期擴編，可通過重聯(lián)來進行調整。如增購為6節(jié)編組列車，其牽引系統(tǒng)可采用車控方式。

基于制動系統(tǒng)配合因素上，因當前地鐵車輛采用電空聯(lián)合制動，所以，牽引系統(tǒng)控制方法也與制動力分配、制動系統(tǒng)配置有關。如，當牽引為架控，制動為車控時，會在1個轉向架電制動力失效情況下，增加空氣制動，以避免因制動力疊加過大而導致車輪出現(xiàn)抱死問題。特殊情況下，需要對故障車另1臺轉向架電制動力進行切除，這就導致電制動力出現(xiàn)浪費問題，同時還增加了機械制動的磨耗。故，此配置方式很少采用。而牽引車控，制動車控，單節(jié)逆變器故障由空氣制動負責全部制動力，不會出現(xiàn)疊加問題。

3地鐵牽引系統(tǒng)的選擇

從上述地鐵牽引系統(tǒng)比較分析中可以看出，系統(tǒng)選擇與動拖比與列車編組密切相關。目前，國內(nèi)地鐵車輛多采用3、4、6、8節(jié)編組形式，而國外投標項目列車多為3輛編組鉸接式車輛。基于國外投標項目列車每輛車由2個鉸接單元組成，每輛車設置3臺非動力轉向架，其他為動力轉向架的情況。相關建設者綜合以下條件進行比選：

因列車動拖比為2：1，動力配置冗余性高，能夠根據(jù)線路黏著將列車牽引性能發(fā)揮出來。采用架控就可滿足不同工況對黏著需求。

軸控，配置存在過分冗余問題，無法充分發(fā)揮設備性能，導致故障點增加與電能浪費。再加上，鉸接車的中心距較短，車下設備布置空間首先，增加了列車中心與軸重分配調整難度。

架控，將每輛車配置的牽引箱從2個調至1個，同時減少制動電阻與高壓箱等設備。在降低采購成本的同時，還降低了車輛運營能耗所產(chǎn)生的成本。

因而，采用架控配置方案更為合理，滿足用戶需求。

值得注意的是，在國內(nèi)，8節(jié)編組列車多采用6動2拖編組方式，因此，車控就可滿足運行使用要求。而少數(shù)列車采用5節(jié)編組，動拖比為3動2拖。此時，選擇車控與架控均可滿足要求。對于線路條件不好，如長大坡道等情況，則應優(yōu)先選擇架控方式[2]。

4結語：

綜上所述，地鐵牽引系統(tǒng)控制方法的選擇控制，應結合車輛故障運行能力與冗余性、車下設備布置、擴編以及制動系統(tǒng)配合因素，來提高配置方案運用的科學合理性。如此，在不同工況下，牽引系統(tǒng)的控制效果就不會受到很大影響，且保證列車運行的安全穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]刁滿佳，楊丹楓，金文濤.廣州地鐵L型車牽引系統(tǒng)功率單元架大修維修模式[J].城市軌道交通研究，2021，24（08）：223-225+229.

[2]曹斌.地鐵車輛牽引制動指令同時激活故障研究[J].軌道交通裝備與技術，2021（03）：42-44.