地铁车辆电气系统中牵引及辅助系统故障检修

学术论文 2018-06-07 10:41:24
    引言
    随着我国城市交通拥堵问题的逐渐加剧,为了提升人民群众的出行效率,我国各大中型城市陆续开展了地铁工程的建设,从而希望其可以有效缓解城市交通压力。为了保证地铁车辆运营效率,避免电气系统中出现相应的故障,有必要对地铁车辆电气系统中牵引及辅助系统故障检修方面进行积极的研究,对于我国轨道交通的发展有着极为重要的意义。
    1 地铁车辆中牵引系统和辅助系统的特点
    1.1 地铁车辆中牵引系统的特点
    对于牵引系统而言,其在地铁车辆电气系统当中主要包括以下几方面,即:接地故障检测系统、牵引逆变器模块、线路滤波元件、高速断路器等,下面将对此进行详细的说明。
    1.1.1 线路滤波器
    在地铁车辆当中,为了使电流输入得更加平滑,避免车辆与接触网之间出现过大的干扰,并且防止接触网影响地铁车辆其他系统的正常工作,需要在地铁车辆电气系统当中加入线路滤波器来实现上述目的。
    1.1.2 牵引机电
    牵引机电采用逆变器供电方式的三相鼠笼式一部交流牵引电动机,通常采用架承式悬挂方式。
    1.1.3 牵引逆变器
    牵引逆变器的结构形式主要由DUC控制板、GDU单元、逆变桥、制动斩波相、支持电容、过压保护电阻和其他辅助元件组成。
    1.1.4 高速断路器
    为了避免因为接地、短路等原因而导致系统中出现过流现象,可在逆变箱中加入高速断路器来对地铁车辆电气系统进行保护。此外,高速断路器的保护范围与变电所的保护范围具有一致性。
    1.2 地铁车辆中辅助系统的特点
    目前,我国地铁车辆中的辅助系统主要由下列几部分组成,即:蓄电池组、DC/DC变换器、DC/AC逆变器三部分,对于蓄电池组而言,其主要由数量不等的电池单元所组成。在地铁车辆电气系统当中,DC/DC变换器的俗称便是电池充电池,其作为辅助系统中关键的组成部分,可以实现对地铁车辆的直流供电任务。
    在地铁车辆当中,DC/AC逆变器俗称为辅助逆变器。其中,DC/AC逆变器可以从架空接触网中接收电能,以便保证地铁车辆中空调系统、风扇等交流负载的供电要求。
    2 地铁车辆电气系统中牵引系统的故障分析与检修
    2.1 地铁车辆电气系统中牵引系统的故障分析
    在分析地铁车辆电气系统中牵引系统故障过程中,可从以下几方面进行详尽的分析。
    2.1.1 非正常运行状态
    对于地铁车辆而言,当其处于过载工作状态下时,其运行状态便会进入非正常模式。其中,上下班高峰时段、启停过程以及进入三轨无电区时,地铁车辆的负载便会增加,从而会造成车辆制动过程中对电网电流与电压产生一定程度的波动,并且牵引系统中的短路状态与此时负荷状态比较相似,从而会引发继电器保护装置出现误动作情况,对地铁车辆的电网系统产生不同程度的破坏。
    2.1.2 非金屬性短路故障
    当地铁轨道中存在雨雪覆盖或积水淹没等情况时,便会导致地铁车辆电气系统中出现非金属性状况下的短路故障。另一种在三轨供电系统中出现的非金属短路故障为电弧短路故障,其指的是带电体对导体放电而形成的短路故障,第三轨对地放电便是此类故障形式的代表。
    2.1.3 金属性故障
    三轨间与钢轨出现的金属接触,或者绝缘支座存在击穿问题,从而造成三轨与接地扁铜之间出现短路的故障便是金属性故障的基本定义。例如,为了对供电系统进行检修,通常会采用停电检修的方式来进行,在此过程中,如果检修人员没有及时将金属工具清理,使其留置在三轨与钢轨之间,则在重新送电过程中,三轨与钢轨之间便会出现直接短路故障。
    2.2 牵引系统的故障检修
    在检修地铁车辆牵引系统过程中,一般会通过故障仿真分析的方法来完成检修工作。其中,牵引变电所的远端是地铁牵引系统故障的多发区域,所以需要对近远端短路故障进行必要的仿真分析,从而对短路点的馈线电流大小进行计算,以便观察故障距离与电流稳态值的变化关系。通常来讲,电流稳态值会在接近故障位置时增大,并且上升速度会随着离接触网末端越近而变得越慢,从而有效的对直流牵引网电压的突变情况进行诊断。此外,为了对牵引变电站子模型的初始阶段所存在的暂态过程进行避开,模拟仿真分析可按下列模拟实验进行,即:将一台地铁车辆的启动时间设定在0.05s,并在0.11s后将远端故障模拟实验分别设置在2km、3km的位置,从而有效的完成对实际短路故障进行模拟。在对直流馈线电流仿真结果进行分析之后,便会得到有针对性的指数函数,即电流上升的速度与距离接触网末端的距离越远而显得越慢,并且电流的稳定值也就越大。因此,在故障仿真分析的帮助下,可以清楚的了解地铁车辆直流馈线的电流值与上升率之间的关系,从而有助于提升牵引系统是否存在的故障的检测成功率。
    3 地铁车辆电气系统中辅助系统的故障与检修
    3.1 辅助系统故障的主要表现
    3.1.1 电容器故障
    为了对地铁车辆的工作电压起到稳定作用,通常会在逆变器内部设置铝电解电容器。其中,氧化膜容易在电容运行过程中出现损坏,尽管氧化膜可以自我修复,但是损坏速度远大于恢复速度,所以会增加氧化膜被击穿的概率,导致电容器失去作用。
    3.1.2 电力半导体器件故障
    对于逆变器而言,其通常在具有强烈的电浪涌环境下进行工作,而一旦电力半导体器件出现失效,则难免会对逆变器的工作状态造成影响,甚至导致其出现失效情况。此外,电力半导体器件的保护在设计过程中通常不被重点关注,所以增加了电力半导体器件出现失效问题的概率。
    3.1.3 弱电半导体器件故障
    逆变器的工作状态与其内部的弱电半导体单元有着直接联系,如果其中一个弱电半导体单元出现问题,则会影响逆变器的整体功能。其中,内部因素与外部因素是导致逆变器出现问题的主要原因。内部因素指的是逆变器的固有特性出现的变化,而外部因素则是由于外部因素的影响而形成的故障,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。
    3.2 辅助系统的故障检修
    在现阶段,通过神经网络故障诊断方法可以对辅助系统中出现故障的原因进行有效的判断,具体实施过程如下所述:首先是神经网络的创建,详尽的采集地铁车辆电气系统中辅助系统的各类信息样本,随后将采集到的信息输送至没有经过训练的神经网络当中,此时的神经网络便会对数据样本信息进行必要的ANN训练,并且在训练过程中可以指定出更为科学合理的解决方案,以便更有效的获得有关的诊断网络。与此同时,诊断的作用可以为故障检修的顺利的开展提供重要的参考的作用。其次是完成网络诊断,对于网络诊断来讲,其主要是将神经网络的计算过程进行充分的体现,并且系统完成相应的诊断过程需要根据诊断网络的输入方可进行,同时会根据故障的特点进行预先的处理和提取,随后将会有效的处理辅助系统的信息样本和故障数据,最后则是会在搭建完成神经网络之中完成。
    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,从而为检修方案更有针对性的制定打下基础,进而在有助于提升检修水平的同时,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现实意义。
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