高宏飞

摘 要：在城市化进程日益加快的推动下，传统的交通工具已经很难满足人们的需要，尤其是以汽车为首的交通工具，不仅会影响城市交通效率，而且会对城市环境造成严重的污染。在此背景下，各大城市发展了轨道交通，而地铁作为城市轨道交通的重要组成部分，大大缓解了城市交通存在的问题。

关键词：地铁车辆电气系统;牵引与辅助系统故障;检修

0 前言

地铁，是在地下承载交通运输且封闭独立的交通系统，主要采用自动化设备等现代化手段，通过对地下环境的实时监测和把控，从而保障地下交通安全运输的工具。目前的地铁车辆在运行过程中，牵引系统和辅助系统经常出现故障，严重影响了地铁车辆的正常行进和整个地铁的运营，一旦这些故障无法得到有效的解决，甚至会对人们的日常出行造成困扰。因此，加强对地铁车辆的牵引系统和辅助系统的故障检修是提升地铁运行可靠性的重要措施。

1 地铁相关概述

在很多城市中，地铁方便、快捷且运输时间稳定等，是人们交通出行最重要的选择之一。目前，我国已经建成地铁或者正在建设的城市较多，地铁发展的规模愈发庞大。随着地铁的广泛应用，需要加强对于地铁建设和运营中的安全因素分析和研究，为地铁的进一步发展提供可靠的依据。通常来说，地铁都是处于城市地下。因此，地面上的路况以及外界气候因素对地铁运行的影響不大。但是，由于地铁前期建设工程周期长，且不可控因素较多，所以需要不断地加强地铁安全建设工作，避免出现地铁建设问题和安全隐患，并重视后期的地铁安全运行情况，杜绝安全事故的出现，保证地铁的稳定发展。

2 地铁车辆电气系统中牵引的故障分析与检修

（1）牵引系统的故障分析。牵引系统的故障分析包括以下几个方面。非正常运行状态由于地铁车辆运行时处于制动、过三轨无电区、启动状态，并且车辆在上下班高峰时段经常会处于过载的运行状态。这时会导致车辆制动，制动会导致电网的电流和电压发生较大的波动。这种负荷状态与牵引系统的短路状态十分相似，可能会导致继电器保护装置的误动作，对地铁车辆的电网系统造成损害。非金属性短路故障主要指的是发生在非金属性状况下的短路故障，例如雨雪覆盖或淹没轨道的状况。这时，雨雪可以作为供电系统在启动阶段的导体，三轨由于整体绝缘支座固定在道床上，与接地扁铜之间具有良好的绝缘效果。但是，随着地铁车辆运行时间的增加，支撑件上会出现污秽或绝缘支座绝缘保护老化的情况，由此产生的泄露电流经过绝缘支座流向接地扁铜，然后通过变电所地网重新流回变电所负极。这种由于绝缘故障导致的短路故障是非金属性短路故障中最常见的一种。此外，在三轨供电系统中，还有一种常见的非金属性短路故障，即电弧短路故障，它是指带电体对导体放电而引起的短路，例如第三轨对地放电。金属性故障指的是钢轨和三轨间发生的金属接触，或是绝缘支座（支座底部设置了接地扁铜，与整个供电系统的地网结构连接，主要用于三轨和大地的绝缘）被击穿，导致接地扁铜和三轨直接发生短路的情况。例如供电系统在进行停电检修工作时，检修人员并没有将放置在钢轨和三轨之间的金属工具带走，这会导致系统重新送电时发生钢轨与三轨之间的直接短路故障。

（2）牵引系统的故障检修。地铁车辆牵引系统故障检修通常采用故障仿真分析进行检修。地铁牵引系统故障的位置通常位于供电臂原理牵引变电所的远端，通过对近远端断路故障进行仿真分析，分别得出近远端断路点的馈线电流，从中能够看出电流的稳态值会随着故障距离的变化而发生变化，即随着故障距离的减小而增大，并且故障点离接触网末端越近，电流上升的速度也就越慢，它能够诊断出直流牵引网电压有没有发生突变。模拟仿真分析为了避开牵引变电站子模型的初始阶段存在的暂态过程，通过设置以下模拟实验进行故障仿真分析，即设置1台地铁车辆在0.05 s启动，在0.11 s时分别在2 km、3 km处设置远端故障模拟试验，以此模仿实际的短路故障。通过分析直流馈线电流仿真结果，能够得出类似的指数函数，即距离接触网末端的距离越远，电流上升的越慢，电流的稳定值就越高。通过故障仿真分析，检测地铁车辆直流馈线的电流大小和上升率，能够准确地检测出牵引系统有没有发生故障。

3 地铁车辆电气系统中辅助系统的故障与检修

（1）辅助系统故障的主要表现电容器故障。逆变器内部安装有起到稳压作用的铝电解电容器。铝电解电容器的氧化膜在电容工作时很容易被损坏，虽然其自身有一定的自愈性，但是，当氧化膜的破坏速度大于其自愈速度时，氧化膜来不及修补，就会导致氧化膜被损坏甚至是击穿，导致电容器失效。电力半导体器件故障逆变器经常在强烈的电浪涌环境中工作，逆变器失效通常是由电力半导体器件失效引起的，但是，设计师在设计的过程中并不重视对电力半导体器件的保护，所以，导致电力半导体器件失效。弱电半导体器件故障逆变器中存在许多弱电半导体器件，只要其中的一个器件失效，都会降低整个系统的性能，甚至会使整个系统丧失功能。导致半导体器件失效的原因包括两个方面，一方面是内因，由于器件自身的固有可靠性;另一方面是外因导致的故障，主要包括温度失效、机械过应力失效、静电损伤失效、过电应力失效、湿度失效等。C/AC逆变器即辅助逆变器，辅助逆变器从架空接触网上受电，用作辅助电源，为空调装置、空气压缩机、风扇电机和车辆内的所有交流负载供电。蓄电池组由若干个额定电压的电池单元组成，对蓄电池的保护方式有：蓄电池充电器对充电电压的控制;高分断/低电压能力熔断器接到蓄电池的正负极;对充电时的过电压、过电流的保护;蓄电池要与充电器隔离;蓄电池分断接触器，使蓄电池和负载隔离。辅助系统的故障检修辅助系统的故障检修方法通常采用神经网络故障诊断法，主要表现为：1）训练创建网络。将采集到的辅助系统的信息样本输入到尚未训练的网络中，对样本数据进行ANN训练，经过自学获得期望得到的诊断网络。2）网络诊断。利用神经网络进行前向计算的过程，即根据诊断输入对系统进行诊断的过程。通过特征提取和预处理，对辅助系统的信息样本和故障数据进行适当的预处理，然后在神经网络中进行故障检测。

4 结束语

为了确保地铁车辆可以安全、可靠的运行，需要采取科学合理的措施来保障地铁车辆电气系统中牵引及辅助的系统的工作状态。因此，为了确保牵引及辅助系统的工作状态满足地铁运行状况下的要求，有必要对其故障原因进行细致分析，为检修方案更有针对性的制定打下基础。这有助于提升检修水平，同时保障地铁车辆的运行安全，对于提升我国地铁车辆的整体运营水平有着极为重要的意义。

参考文献：

[1]孟芳.地铁机车建模及直流牵引供电系统故障分析[D].北京：北京交通大学，2019.

[2]黄赟.地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统故障检修分析[J].住宅与房地产，2019（12）：236.

[3]白海波.地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统的故障与检修[J].科技与创新，2014（10）：27-28.