孫超

【摘 要】論文通過對有軌電車充電裝置的保護(hù)功能、自動充電射頻方案以及柜體設(shè)計等系統(tǒng)構(gòu)成和原理的了解和分析，探究有軌電車充電裝置的檢修與維護(hù)，包括外觀、故障保護(hù)裝置、輸出過壓故障、輔助裝置、自動控制以及超級電容故障等方面，希望能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車自動充電提供有效的技術(shù)支持。

【Abstract】Through the understanding and analysis of the protection function， automatic charging radio frequency scheme and cabinet design of the charging device of tramcar， this paper explores the inspection and maintenance of the charging device of tramcar. It explores the maintenance and repair of the charging device of tramcar， including appearance， fault protection device， output overvoltage fault， auxiliary device， automatic control and supercapacitor fault， and so on. It is hoped that this can provide effective technical support for realizing the automatic charging of modern tram.

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代有軌電車；充電裝置；檢修維護(hù)

【Keywords】modern tram； charging device； maintenance

【中圖分類號】U482.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）03-0174-02

1 引言

隨著時代的發(fā)展，儲能式現(xiàn)代有軌電車目前越來越受到市場的認(rèn)可，該新型軌道交通采用站臺短時大功率充電的方式對車載電源進(jìn)行電能補(bǔ)充，地面充電裝置則通過自身電源轉(zhuǎn)換功能將前級電網(wǎng)電源變換為滿足現(xiàn)代有軌電車需求的電源。在實(shí)際應(yīng)用過程中，現(xiàn)代有軌電車充電均采用自動充電方式。

2 充電裝置系統(tǒng)構(gòu)成及原理

2.1 充電裝置的保護(hù)功能

充電裝置系統(tǒng)具備輸入欠壓、過壓、過流保護(hù)，輸出過壓、過流軟件保護(hù)；在系統(tǒng)輸入、輸出側(cè)設(shè)置快熔過流保護(hù)；在輸出側(cè)設(shè)置chopper裝置硬件過壓保護(hù)。能夠?yàn)槌潆娧b置本體、充電裝置至充電軌之間電氣故障和異常運(yùn)行方式提供有效的保護(hù)功能。同時充電裝置還設(shè)置了通信故障保護(hù)、過熱故障保護(hù)、急停故障保護(hù)、系統(tǒng)故障保護(hù)、系統(tǒng)告警故障保護(hù)等保護(hù)功能。

2.2 自動充電射頻方案設(shè)計

有軌電車站臺充電系統(tǒng)為非接觸式檢測，同時須具備雙向檢測及過站檢測功能。采用成熟的RFID射頻識別技術(shù)，為非接觸式自動識別技術(shù)。通過安裝地面讀卡器及配套的電子標(biāo)簽，可識別高速運(yùn)動物體并能同時識別多個標(biāo)簽。該識別方式在電力機(jī)車、物聯(lián)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽、讀卡器及天線三部分構(gòu)成。其中標(biāo)簽附著在車輛頂部指定位置用于識別目標(biāo)對象，讀卡器固定于站臺指定位置用于讀取標(biāo)簽信息設(shè)備，天線與讀卡器相連用于在標(biāo)簽和讀卡器間傳遞射頻信號。

充電裝置的工作流程如下：在有軌電車進(jìn)站時，從受電器到達(dá)導(dǎo)電軌端部開始計算，車輛前進(jìn)2.3m受電器接觸導(dǎo)電軌，此時充電系統(tǒng)檢測到儲能電源電壓進(jìn)入充電準(zhǔn)備階段；當(dāng)車輛繼續(xù)前進(jìn)3.4m時，標(biāo)簽被讀卡器探測到，充電系統(tǒng)開始充電；列車離站時，標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器檢測范圍，發(fā)出切斷信號，充電系統(tǒng)關(guān)斷輸出。

2.3 充電裝置柜體設(shè)計

三亞項(xiàng)目處于高濕度、高鹽霧地區(qū)，防凝露和鹽霧最有效的途徑是切斷柜內(nèi)與柜外空氣的交換，整柜采用全密閉無直接熱交換的防鹽霧防潮濕設(shè)計方案。同時考慮到沿海環(huán)境，對柜體進(jìn)行了防臺風(fēng)、防雷、防霉、防振動、防沖擊等方面的設(shè)計。

3 充電裝置高發(fā)故障統(tǒng)計分析

根據(jù)廣州有軌電車2018年全年的統(tǒng)計與記錄，充電裝置發(fā)生的主要故障如下：2018年充電系統(tǒng)硬件故障一共52起，其中以射頻裝置故障、指示燈/照明故障以及線路故障占比最大，分別為31%、10%和11%。

①射頻裝置組件的故障次數(shù)為19次，占硬件故障總數(shù)的31%。②AC/DC模塊故障次數(shù)為4次，占硬件故障總數(shù)的6%。③接觸器的故障次數(shù)為4次，占硬件故障總數(shù)的6%。④傳感器故障次數(shù)為3次，占硬件故障總數(shù)的5%。⑤電壓表的故障次數(shù)為2次。⑥線路問題導(dǎo)致的故障次數(shù)為7次，占硬件故障總數(shù)的11%。⑦充電軌的故障次數(shù)為1次，占硬件故障總數(shù)的3%。

4 充電裝置檢修與維護(hù)

根據(jù)廣州有軌電車充電裝置的常見故障分析，三亞有軌電車開展預(yù)防性的檢修維護(hù)。

4.1 充電裝置外觀檢查與小修

每日安排值班人員根據(jù)充電裝置巡檢日志開展各站充電裝置及充電軌巡視檢查。

每月開展充電軌測量及射頻裝置組件功率測量檢查。

每半年按照維護(hù)手冊開展充電裝置小修。

4.2 充電裝置故障保護(hù)檢查與維護(hù)

定期檢查充電裝置短路保護(hù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)、故障輸出等保護(hù)功能是否正常，通過顯示屏或上位機(jī)軟件檢測充電裝置電壓、電流、溫度、外部邏輯等狀態(tài)是否正常，同時，通過以太網(wǎng)向總控室發(fā)送相關(guān)工作狀態(tài)的必要數(shù)據(jù)。

模擬充電裝置各類故障模式，按要求對充電裝置故障保護(hù)功能進(jìn)行檢查與維護(hù)，模擬充電裝置各類故障模式進(jìn)行試驗(yàn)，若故障保護(hù)功能按規(guī)定要求正常動作，視為保護(hù)功能正常

4.3 輔助裝置檢修與維護(hù)

對充電輔助裝置中的冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)方向檢查，確認(rèn)所有風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確，風(fēng)機(jī)與其他部位有無干涉，對工業(yè)空調(diào)進(jìn)行啟動檢查，保證所有空調(diào)能正常工作。對照明回路控制電源開關(guān)加入AC220V電源，開關(guān)各門，檢查照明燈的開關(guān)狀態(tài)，門開燈亮，門關(guān)燈滅[1]。

將溫控器的溫度設(shè)定為環(huán)境溫度范圍之內(nèi)，通過調(diào)節(jié)設(shè)定溫度范圍，使溫控器動作，檢查各繼電器輸出接點(diǎn)是否正確。加熱板加入額定工作電壓，檢查是否運(yùn)行正常。

核對UPS主機(jī)與電池之間的連線，電池正負(fù)極之間連線尤其需要注意防止短路。線路核對完全后，在UPS市電輸入側(cè)接入AC220V電源，觀察UPS充電和運(yùn)行是否正常，用萬用表測量UPS各輸出接點(diǎn)與圖紙的符合性，驗(yàn)證完成后模擬試電和電池故障，檢查輸出信號正確性，測量輸出電壓穩(wěn)定性和精度。

4.4 充電裝置自動控制性能檢修與維護(hù)

檢查車輛運(yùn)行各個階段充電裝置的充電功能是否正常運(yùn)行：

車輛進(jìn)站：模擬給定車輛進(jìn)站信號，充電裝置開始工作，模擬儲能電容充電至額定電壓值，充電裝置停止充電。

車輛越站：在充電過程中，模擬出站信號，充電裝置應(yīng)停止充電。

急停信號：模擬給定車輛進(jìn)站信號，充電裝置開始工作，此時按下急停按鈕，充電裝置應(yīng)停止充電并報警。

射頻卡故障：不給出車輛位置信號，在持續(xù)監(jiān)測到儲能電容電壓5S后，充電裝置開始工作，儲能電容充電至額定電壓值，充電裝置停止充電。

4.5 超級電容故障檢修

三亞有軌電車超級電容為每列車配備4組超級電容箱，其中超級電容箱I和超級電容箱II各兩箱。I型超級電容參數(shù)為256F，最大充電電流為340A（20s）；II型超級電容參數(shù)為389F，最大充電電流為510A（20s）[2]。為了確保充電過程中電容的安全充電，需要在電池充電過程中判斷四組電容是否均正常工作，如果有異常情況，及時降低充電電流，確保電容安全工作。

超級電容故障檢修主要是根據(jù)超級電容的電壓時間曲線，1700A的電流給1組電容充電與4組電容充電時，電壓上升速率是不同的；通過計算一定時間范圍內(nèi)電壓的上升速率來判斷四組超級電容是否正常工作。

通過搭建仿真模型對電容進(jìn)行恒流充電，有軌電車進(jìn)站初步采用1700A進(jìn)行測試，測試時間為3秒，測試完成后，確定是否使用1700A繼續(xù)充電，還是按照仿真模型3秒內(nèi)的測試電壓范圍進(jìn)行降電流實(shí)驗(yàn)，以此判斷是否超級電容存在故障。

車輛進(jìn)站充電裝置啟動恒流充電，充電過程分為兩段，一段為電流爬坡，一段為1700A恒流充電。電流爬坡階段規(guī)定在給定的時間1s電流由0A上升至1700A，保持在1700A恒流充電前5s為電容系統(tǒng)狀態(tài)判斷，在規(guī)定時間5s內(nèi)采集0.5s、1.5s、2.5s的三個電壓值，作為電壓所處范圍的判斷依據(jù)；如果車載超級電容初始電壓616V，電壓上升定值大于610V，則表示4組電容均正常，否則有不正常電容組，電流給定降為750AQ（兩個階段的劃分可以采集實(shí)際電流值，如果實(shí)際電流值達(dá)到1700A，則表示進(jìn)入1700A的恒流充電，否則為爬坡階段）。

5 結(jié)語

本文針對儲能式現(xiàn)代有軌電車地面充電裝置的系統(tǒng)構(gòu)成、功能、系統(tǒng)保護(hù)等方面進(jìn)行了闡述，根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用條件與需求，研究出一種智能匹配、自動檢測與系統(tǒng)保護(hù)功能兼?zhèn)涞某潆娧b置，有效解決了過去大功率地面充電裝置充電可靠性低、對電網(wǎng)沖擊大、弓網(wǎng)拉弧等問題，并且向更加可靠性、智能化，與電網(wǎng)及終端車輛適應(yīng)性更強(qiáng)的方向發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐暉，邵宜祥，蘇秀娥，等.大功率交錯并聯(lián)在有軌電車充電裝置中的應(yīng)用[J].電力電子技術(shù)，2018（03）：15.

【2】戎琳，田煒，孫祖勇，等.超級電容有軌電車充電裝置系統(tǒng)研究[J].電力電子技術(shù)， 2017（10）：76-78.