魏永青

摘 要：近年來，隨著我國地鐵車輛的日趨完善，乘坐地鐵出行已經(jīng)成為很多城市居民的首選工具。而地鐵車輛在長期的運(yùn)行過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一系列的故障，其中，電氣系統(tǒng)中的故障是最常見的。為此，本文主要就地鐵車輛電氣系統(tǒng)的故障進(jìn)行相關(guān)的研究，以供廣大同仁交流探討。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；電氣系統(tǒng)；故障

引 言：城市軌道交通運(yùn)營是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其安全保障工作涉及眾多設(shè)備，而在運(yùn)營過程中所出現(xiàn)的設(shè)備故障中，以電氣設(shè)備故障所引發(fā)的災(zāi)害頻率更大、危害性也更高。工作人員如能有效預(yù)防或及時(shí)找到故障原因，并排除故障，最大限度地消除安全隱患，將能夠更充分滿足地鐵列車的駕駛?cè)蝿?wù)。對(duì)提高設(shè)備利用率，防止故障的發(fā)展惡化和減少經(jīng)濟(jì)損失都具有重大意義。

1 地鐵車輛故障診斷的特點(diǎn)

地鐵車輛屬于電力機(jī)車的一種，它擁有非常復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由諸多零部件組合而言。地鐵車輛的運(yùn)行過程具有一定的復(fù)雜性、隨機(jī)性和動(dòng)態(tài)性，幾乎所有時(shí)刻觀察所得的數(shù)據(jù)都具有不可重復(fù)性。從系統(tǒng)論的角度上講，地鐵車輛的故障診斷具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

1.1 零部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但卻具有非常明顯的層次性。地鐵車輛雖然由若干個(gè)零部件組合而成，但是仍然可將其具體分為幾大系統(tǒng)，即電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、空氣管路等等，這些系統(tǒng)中又包含了多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都是由諸多零部件組成，由此形成了一個(gè)具有分層結(jié)構(gòu)的樹形網(wǎng)路結(jié)構(gòu)。

1.2 故障診斷時(shí)需要檢測(cè)的參數(shù)較多，車載檢測(cè)設(shè)備有限。由于地鐵車輛本身屬于一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，為了能夠準(zhǔn)確地對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷，需要檢測(cè)大量的參數(shù)。以電氣系統(tǒng)故障診斷為例，需要檢測(cè)的參數(shù)包括各個(gè)電氣設(shè)備的高低電平信號(hào)、電氣參數(shù)信號(hào)等等。在具體診斷時(shí)，需要采集相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行分析處理，從而獲得車輛的故障信息。然而，地鐵車輛在設(shè)計(jì)時(shí)，僅僅考慮了一些常規(guī)故障的檢測(cè)，車輛上自帶的檢測(cè)設(shè)備比較有限，無法對(duì)所有故障問題進(jìn)行準(zhǔn)確有效的診斷。

1.3 車輛故障具有突發(fā)性及緩變性的特點(diǎn)。在對(duì)大量的地鐵車輛故障進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，很多故障都存在突發(fā)性的特點(diǎn)，故障出現(xiàn)的比較突然，幾乎沒有任何明顯的征兆，很難進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。同時(shí)，還有一些故障具有緩變性的特點(diǎn)，即故障為漸進(jìn)性的，故障發(fā)生后會(huì)導(dǎo)致局部功能失效，此類故障一般都可以通過相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1.4 故障診斷的實(shí)時(shí)性要求較高。通常情況下，地鐵車輛的運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，這在一定程度上增大了設(shè)備故障的發(fā)生幾率，一旦運(yùn)行中的車輛出現(xiàn)故障，其后果十分嚴(yán)重。為此，在車輛運(yùn)行過程中需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，并在故障初期提醒司機(jī)采取有效的措施加以解決處理，從而使故障得以快速排除，確保車輛運(yùn)行安全。

2 地鐵車輛電氣系統(tǒng)中部件特點(diǎn)

2.1車輛概論

以某地鐵線路為例，該線路采用的是國產(chǎn)化B型車，車輛編組是三動(dòng)三拖，編組為二車、三車、五車為動(dòng)車（有牽引電機(jī)，可以提供動(dòng)力），一車、四車、六車為拖車，沒有動(dòng)力。

列車牽引系統(tǒng)和列車診斷系統(tǒng)采用的是日本三菱公司的產(chǎn)品，制動(dòng)系統(tǒng)采用的是德國克諾爾公司的控制產(chǎn)品，車門采用的是北京博得公司的產(chǎn)品。

2.2受電弓

DC1500V電源是通過受電弓從架空電網(wǎng)上得到的。受電弓安裝在車頂。電流經(jīng)由受電弓端子流到車下的高速斷路器（HB）。受電弓通過壓縮空氣進(jìn)行升降，由電磁閥控制。如果主風(fēng)缸壓縮空氣壓力過低，升弓泵就會(huì)啟動(dòng)打風(fēng)，從而將受電弓升起。

2.3高速斷路器

為了使?fàn)恳到y(tǒng)與直流1500V供電電源連接或斷開，在每個(gè)動(dòng)車裝有一臺(tái)高速斷路器。集成安裝在箱中的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以節(jié)省車下空間用于其他設(shè)備安裝，并且使HB與外界環(huán)境隔離。高速斷路器安裝在受電弓與VVVF（牽引逆變器）之間，能高效地保護(hù)由于短路、接地等造成的過流，其保護(hù)范圍與變電所保護(hù)協(xié)調(diào)。它的限流特性和高速切斷能力能防止由于短路或過載而引起的損壞。高速斷路器HB的分?jǐn)嗄芰κ请p向的，所以它能從電網(wǎng)隔離設(shè)備也可以在再生制動(dòng)過程中隔離，并且對(duì)地有很高的絕緣等級(jí)，高的分?jǐn)嗄芰?，短的響?yīng)時(shí)間，不受氣候條件的影響，具有長使用壽命。

2.4制動(dòng)系統(tǒng)

以某地鐵線路為例，該線路的制動(dòng)系統(tǒng)主要組成為：空氣壓縮機(jī)、網(wǎng)關(guān)閥，智能閥等。

該線路電客車的六節(jié)編組中，每個(gè)車廂都有一個(gè)網(wǎng)關(guān)閥和一個(gè)智能閥，網(wǎng)關(guān)閥控制一位端轉(zhuǎn)向架，智能閥控制二位端轉(zhuǎn)向架，網(wǎng)關(guān)閥負(fù)責(zé)與列車總線進(jìn)行通訊。

列車制動(dòng)系統(tǒng)采用的是電-空混合制動(dòng)，在列車高速運(yùn)行中時(shí)，如果列車進(jìn)站需要制動(dòng)，首先動(dòng)車的牽引電機(jī)將由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，電流通過VVVF（牽引逆變器）變成1500V直流通過HB（高速斷路器）回饋架空電網(wǎng)，此時(shí)動(dòng)車速度降低，但此時(shí)動(dòng)車的閘瓦并沒有動(dòng)作，而此時(shí)由于拖車沒有牽引電機(jī)，而列車各個(gè)車廂要保持一致的速度，列車控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出控制命令，拖車的閘瓦接觸踏面，降低拖車的速度，從而使列車各個(gè)車廂的速度保持一致，這樣有助于延長車廂之間連接的車鉤壽命。當(dāng)列車的速度進(jìn)一步下降，牽引電機(jī)的電流達(dá)不到網(wǎng)壓時(shí)，牽引電機(jī)的電流通過制動(dòng)電阻變成熱量散發(fā)掉；列車速度進(jìn)一步降低時(shí)，全列的閘瓦開始動(dòng)作，這時(shí)列車的制動(dòng)就完全變?yōu)榭諝庵苿?dòng)。

當(dāng)列車出現(xiàn)緊急情況時(shí)，司機(jī)控制臺(tái)上有專門的緊急制動(dòng)按鈕，當(dāng)司機(jī)按動(dòng)緊急制動(dòng)按鈕時(shí)，列車控制系統(tǒng)會(huì)直接給出空氣制動(dòng)的指令，閘瓦迅速動(dòng)作，從而使列車在短時(shí)間內(nèi)迅速停車。

在列車進(jìn)站停穩(wěn)后，列車控制系統(tǒng)會(huì)給出保持制動(dòng)的指令，從而防止電客車溜車。而當(dāng)司機(jī)發(fā)車，司控器給出牽引指令后，保持制動(dòng)自動(dòng)緩解，無需司機(jī)進(jìn)行任何操作，從而列車建立牽引，可以動(dòng)車。

3 地鐵車輛電氣系統(tǒng)的故障查詢

當(dāng)?shù)罔F車輛出現(xiàn)電氣故障不能工作時(shí)， 應(yīng)通過查詢司機(jī)故障報(bào)單及列車控制系統(tǒng)的故障履歷等了解車輛的各種情況。這是修理地鐵車輛中非常重要的一步，也往往是容易被修理人員忽視的一步。這也是在修理過程中經(jīng)常容易走彎路的重要原因。地鐵車輛的管理者和司機(jī)是最了解車輛狀況的人，向司機(jī)和地鐵車輛運(yùn)用發(fā)生故障時(shí)的在場(chǎng)人員了解故障時(shí)的情況，是列車剛剛啟動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生的異常，還是運(yùn)行一段時(shí)間后產(chǎn)生的異常。是明顯存在的故障現(xiàn)象，還是時(shí)有時(shí)無的故障現(xiàn)象，故障的外部表現(xiàn)，大致部位，發(fā)生故障的環(huán)境，是否靠近明火或在蒸汽等熱源，有無腐蝕性氣體侵蝕，有無漏水漏液等，這些條件均會(huì)使絕緣損壞或是導(dǎo)線或是零件損壞，引起故障。是否有人修理過，有無修理的原始記錄，修理的內(nèi)容是什么？最好看原始記錄，以便找到合理的途徑，也好對(duì)故障進(jìn)行分割，而找到正確的產(chǎn)生故障的原因，以便采取正確的修理方案。同時(shí)，還應(yīng)了解故障前后車輛的狀態(tài)及司機(jī)做出了什么應(yīng)急處理措施，行車調(diào)度給出了什么處理意見，故障是是偶然的還是斷續(xù)發(fā)生的或直到后面發(fā)展嚴(yán)重的情況，應(yīng)及時(shí)作好記錄，這將有利現(xiàn)在和以后的檢修。

4 結(jié)語

總之，為了保證地鐵車輛電氣系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)電氣系統(tǒng)中的常見故障，并運(yùn)用相應(yīng)的檢修手段準(zhǔn)確地找出原因，然后采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，保證地鐵車輛整體的可靠性，使地鐵車輛能夠正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁洪東. 城市軌道交通車輛輔助系統(tǒng)關(guān)鍵問題研究[J]. 科技信息. 2011（01）.

[2] 軌道維修計(jì)劃輔助系統(tǒng)[J]. 鐵道機(jī)車車輛工人. 2001（03）.

[3]李銘.基于故障樹的電力機(jī)車故障診斷專家系統(tǒng)[J].電力機(jī)車與城軌車輛.2010（04）.