粟敏

摘 要：科技的进步给城市带来发展，交通运输方式也在随着创新的浪潮不断发展扩大，地铁便是这发展的产物之一。电气牵引技术以及后期故障处理作为保障地铁车辆运行正常的核心动力，存在着极大的研究意义。本文以地铁车辆牵引系统中的主要技术构成及其特征为出发点，从地铁车辆系统中电气技术的应用设计和故障处理两大模块展开分析，希望能对未来电气牵引技术和城市交通的创新型发展奠定良好基础，以此来供相关人士交流参考。

关键词：地铁车辆;电气牵引技术;故障分析

引言：

城市地铁交通发展至如今，电气牵引技术目前已成为支撑地铁顺利行驶的主要技术。但若想要进一步优化地铁车辆的运行效能，来获得城市交通的可持续性发展，还需从电气牵引技术应用的研究入手。此外，地铁车辆安全性也是不容忽视的一点，对地铁的故障诊断及维修需要不断的进行。因此探析地铁车辆牵引电气技术及故障处理的意义重大，极具价值。

一、地铁车辆牵引系统中的主要技术构成及其特征

（一）技术构成

地铁车辆的电气牵引控制系统由很多技术要素构成，而牵引系统的平稳运行更离不开各技术要素的互相配合。其中，作为列车电路和牵引电器的技术要素占据较大的分量。列车电路主要涵盖了控制、辅助以及主电气三大电路，牵引电器则包括高压箱、制动电阻、牵引电动机及传动控制装置等。同时，为确保电流的顺利流通以及电压和频率的可控性，线路滤波器和牵引逆变器也是系统中缺一不可的一个要素。

（二）技术特征

地铁列车能够安全行驶及停靠很大部分依赖于地铁的制动控制系统。一般来说，地铁的每个车站之间行程较短，这会导致较为频繁的启动加速与停靠减速，所以减短列车的制动距离和提高加速效率是全方面达成列车高质量运行的一大有效路径。而地铁所采用的电阻制动和再生制动相结合的方式是，先利用再生制动将电动机变成发电机，进而让动能转化为电能，电能随着电网传递来分散给其余列车，以此达到电阻制动的目的。这两种制动的结合在一定程度上减少了轨道的磨损，加速了列车的运行。在此过程中，制动装置与电路系统及电器共同作用使列车能够在安全的距离内制动成功，以降低列车的运行成本和对环境的污染系数。

二、地铁车辆牵引系统中电气技术的应用设计

（一）RAMS设计

RAMS作为可用性、可靠性、安全性以及可维修性四大指标的综合体，是应用于轨道交通的一项工程技术。就地铁车辆牵引系统来说，RAMS设计技术也可被融入其中。RAMS设计的基本框架是，针对电气牵引系统的设计目标，通过规划方案、建立模型对系统内的各部分进行完整的RAMS优化设计。RAMS中的四大要素之间能够互相影响和转换，比如，当列车因外界因素而发生故障时，会直接影响到列车的可用性;如果不及时解决该故障，有可能会影响到列车的安全性，以致间接地导致列车可靠性的降低，等等。因此，只有在满足列车可用性的前提上，凭借不断完善列车的性能和对列车定期的检修与维护，才能提升列车的可靠性、安全性及可维修性。电气牵引系统中的RAMS设计技术不可或缺。

（二）电气控制系统

1.再生制动控制

大部分轨道车辆的制动基本是依靠机械制动和电制动来完成的，地铁车辆也不例外。机械制动只能起到辅助的作用，能够有效降低电能损失的电制动才是运行的根本。其中电制动又有电阻制动和再生制动之分，而不同的制动方式所对应的制动效果也是天壤之别。一般情况之下，地铁车辆制动会优先选择再生制动，再进行电阻制动。实际情况中的地铁列车则会利用电阻制动和再生制动两种方式相互结合、共同作用，以此来使列车获得最精准的制动，有效防止超速的紧急状况，大大减少了部分安全隐患。

2.牵引控制

牵引控制是地铁车辆电气牵引技术的另一种控制方式。其实施原理是，自动列车运行装置ATO或司机控制器发出牵引指令和给定值，由牵引逆变器接收，再对制动控制装置收到的信号分析，最后成功实行牵引控制。另外，局限于列车运行速度不能过高的规定，当列车的速度高于规定的范围时，列车牵引力就会自行关闭，直到力值缩小到零为止。当列车速度因牵引力的减少而恢复至正常范围内时，对列车的牵引力又会解除封锁。在没有列车自动保护系统ATP的状况下，系统除了能对列车进行限速以外，还具备特殊情况时为列车立即加速的作用。例如，若列车由于故障突然于某坡道静止，这对乘客的安全形成巨大威胁，系统就可以通过立即加速来增大对列车的牵引力，以带动故障列车运行。

3.矢量控制

矢量控制也是控制系统的一种方式，它在上世纪70年代由西门子工程师首次提出来解决交流电机的转矩控制问题，这同样适用于地铁牵引控制系统。矢量控制的基本原理是以磁场定向原理为基础，测量并控制异步牵引电机定子电流矢量，来监控异步电机的励磁电流和转矩电流，从而达到控制异步牵引电动机转矩的目的。同理在地铁牵引控制系统的设计中利用矢量控制的方式来精确对电机的控制，通过迅速有效恢复轮轨间的黏着力，预防剧烈冲击给列车带来空转或滑行的状况，实现车辆的安全运行和制动。

4. 交流传动控制

除牵引交流技术，变流技术以隔离技术、冷却技术及光纤传输技术最为常见。而交流传动控制技术是一种运用牵引逆变器的集合技术，集传动系统故障诊断技术、控制技术于一体，与电流相互作用，它不仅践行了列车安全行驶的准则，也满足了列车牵引控制技术的条件，在地铁列车的牵引中发挥着重要的作用。控制运行地铁列车的电路往往极其复杂，而且列车对牵引控制的要求很严格，若能合理地应用交流传动技术，也就相当于达到异步牵引电机控制的成效，电路繁杂以及牵引控制的难题迎刃而解。

三、地铁车辆电气牵引系统中的故障诊断与处理

（一）明确故障类型及程度

地铁列车的牵引系统出现故障时，检修人员可以依据该故障类型及实际情况来更快速直接地选择处理故障的方法。比如，如果类型属于模块故障，检修人员可根据故障表现或显示屏判断参与控制反馈的模块，然后运用排除法，找出可能存在故障的模块进行检修。此外，检修人员还可通过确定故障的程度来规划处理问题的方案。比如，如果牵引系统被判定为轻微的故障，该列车即可在完成一天的运行计划后再返回车辆基地进行维修;若为严重的故障，则必须在有序疏散乘客后立即修护，以避免更为严重的事故。

（二）建立故障诊断分析系统

一般电气牵引系統中的故障诊断都利用了传统的测试对比法，但随着智能时代的到来，为尽可能地符合列车的安全性要求，排除所有可能存在的隐患，应当建立智能的故障诊断分析系统，来配合检修人员做出更具针对性、准确性的维修对策。MVTS-FDS系统作为当下使用较广泛的智能故障分析系统，全面、系统地整理了以往故障的起因、解决办法，以对下次的故障处理提供经验和思路。同时，该系统还配备有安全监控功能，对即将要发生的事故进行危险评估，再形成数据反馈给检修人员，并以警示音的形式作出提醒。

（三）培训故障检修人员技术

除了建立有关检测故障的智能系统，牵引系统的故障诊断与处理也断然离不开检修人员的技术水平，其专业程度也与地铁列车的安全运行有着密不可分的联系。而且，在这个日新月异的时代，知识更新的速度极快。为更熟悉并高效地诊断解决故障所在，相关故障检修人员应定期接受技术培训、吸纳新知识，来提高其专业能力。这也在一方面保障了列车的行驶安全，并间接地延长高铁列车的使用寿命，减少列车的投入成本。

四、结束语

综上所述，地铁车辆运行的过程中，电气牵引技术和故障检修都起到不可替代的作用。因此，为保持列车正常运行和间接改善城市交通，需要不断地深入研究地铁车辆牵引电气技术及故障处理。