中低速磁浮交通典型故障状态研究

学术论文 2018-04-08 11:08:36
  1 引言 
  中低速磁浮交通近年来在我国快速发展。目前,长沙高铁南站-黄花机场线已首次实现中低速磁浮在国内的商业运营。为保证中低速磁浮系统的安全运行,系统的对其故障状态进行分析是非常必要的。中低速磁浮交通系统的主要故障主要源于车辆系统及轨道线路系统等方面。对于车辆系统,主要危险源有各部位的机械故障、电气系统故障、制动系统故障、车门系统故障灯、控制系统失常和人为破坏等,包括由此引发的列车相撞、火灾、拥挤踩踏等。对于线路系统,主要危险源有道岔失联、线路胀轨、线路断裂、线路下沉和轨行区异物侵限等,以及由此造成的列车相撞、线路断裂、胀轨跑道、列车无法运行等。 
  2 车辆的典型故障 
  2.1 动力丢失故障 
  中低速磁浮列车采用直线电机,在车上安装三相电枢绕组,轨道上安装感应轨,即把电动机的“定子”布置在列车上,把电动机的“转子”铺设在轨道上。通过“定子”“转子”间的相互作用,将电能转化为前进的动能。 
  中低速磁浮列车的动力丢失故障一般由直线电机故障或牵引系统故障引起。牵引系统中高压柜和低压柜的任意一个电器元件故障都有可能引起动力丢失故障,如断路器故障、逆变模块故障等。发生动力丢失故障后,列车一般能够保持悬浮,只是失去前进的动力。依照动力丢失程度的不同,如1/3动力损失、1/2动力损失等,可有不同的列车救援方式。 
  2.2 悬浮功能故障 
  中低速磁浮列车采用电磁浮系统(EMS),它是一种吸力悬浮系统,其利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁和铺设在线路导轨上的磁铁,在磁场作用下产生的排斥力使车辆浮起,车辆和轨面之间的间隙与排斥力的大小成反比。悬浮系统主要包括悬浮电磁铁、传感器和悬浮控制系统,悬浮控制系统根据传感器测得到间隙与加速度信号,通过控制悬浮电磁铁电流的大小实现对悬浮气隙的调节和控制。中低速磁浮列车依靠悬浮架的电磁铁通电后与轨道F型轨的磁极间产生的电磁吸引力实现悬浮,每组电磁铁都由对应的独立悬浮控制器控制其悬浮。每节车厢下布置有3个悬浮架,每个悬浮架之间采用机械解耦方式连接。每个悬浮架左右两侧各有4个电磁铁线圈,分为两组控制,即每个转向架的悬浮控制由4组电磁铁线圈实现,每个悬浮架有4个悬浮控制点,每一个悬浮控制点的控制由两个电磁铁线圈和一套悬浮控制系统实现。 
  悬浮功能的典型故障有悬浮控制器故障、间隙传感器故障和悬浮电磁铁故障。根据故障的严重程度不同,列车可能完全失去悬浮能力,也可能可以完成悬浮但需要降低功率。若列车完全失去悬浮能力,则需要列车放下应急支撑轮辅助救援或者救援列车前往救援。 
  2.3 车辆电气设备故障 
  中低速磁浮列车中的车载电气系统可实现磁浮列车的悬浮、导向、牵引、控制诊断和测速定位功能。该系统包括下列各子系统:悬浮系统、测速定位系统、牵引制动系统、辅助电源系统以及网络控制诊断系统。 
  中低速磁浮列车车辆电气设备都有可能发生故障,一旦某一电气设备发生故障,则会影响其相应系统的正常运作,严重的情况下会造成列车无法悬浮运行,甚至造成火灾等严重事故,对乘客的生命财产安全造成威胁。 
  2.4 车辆冲突事故 
  列车冲突,指列车、机车、车辆(包括轨道起重机)动车、重型轨道车相互间或与设备(如车库、站台、车档等)轻型车辆发生冲撞导致机车、车辆、动车、重型轨道车破损。 
  中低速磁浮列车冲突属于行车事故,一旦列车发生冲突,将中断区间行车。其情况按照事故发生地点可分为正线冲突与车场冲突;按照事故发生的位置可分为正面冲突、侧面冲突和追尾。 
  3 轨道线路的典型故障 
  (1)线路胀轨。线路胀轨是因线路在温升较大时,F轨内部积存巨大的温度压力,而可能导致轨缝瞎缝、轨排小碎弯,严重时导致F轨线路几何尺寸状态严重不良、胀轨跑道,列车无法运行,磁浮线路运营中断。可将该故障分为一般级和较大级两个级别,其中一般级的胀轨发生在车辆段线路上,不影响列车投入正线运行,或者发生在正线,但是情况轻微不会影响列车正常运营;较大级的胀轨发生在正线线路上,胀轨跑道导致线路几何尺寸状态严重不良,列车无法运行。 
  (2)线路断裂下沉。线路结构或构件在荷载和其他作用的影响下处于某种平衡,结构或构件由于平衡形式的不稳定性,从初始平衡位置转变到另一平衡位置,称为失稳。运营线路结构失稳会导致线路下沉、断裂,从而造成磁浮线路运营中断。可将该故障分为一般级和较大级两个级别,其中一般级的线路断裂下沉为发生在线路主体结构及基础上的较大裂缝,经综合检修工班修复,线路能快速恢复运营;较大级的线路断裂下沉为发生在线路主体结构及基础上的通缝或沉降数据异常,将危及线路设施设备、车体设备以及人员安全,线路无法正常运营。 
  (3)道岔失联。道岔在正常状态或转换后失去表示时,信号楼控制台显示道岔编号和岔尖红闪。故障发生后行调应对故障道岔进行转换试验,向不同位置转换2次仍不能恢复正常时,行调通过ATS工作站查看报警信息,如报警有“连接中断”等信息,则按道岔失联故障处理。道岔故障时,中央ATS工作站操作权下放到故障车站,在未正式下放前仍由OCC负责操作,OCC/DCC须及时组织相关专业人员进行抢修,其它等级故障视情况决定是否组织抢修。 
  (4)轨行区异物侵限。因受天气、人为等因素的影响,磁浮线路易发生异物侵入磁浮行车限界事件,对运营造成较大的影响。司机在驾驶列车行驶过程中发现轨行区出现可能影响行车的异物,或者巡道人员发现轨行区出现异物,应根据相关应急处理程序对列车、线路设备和其它轨行区设备进行检查确认,并将检查情况及时报告控制中心;控制中心根据情况启动相关应急处理程序。 
  4 结语 
  综上所述,从故障来源来讲,中低速磁浮交通系统的主要故障主要源于车辆系统及轨道线路系统等方面。对于车辆系统,主要故障来源有各部位的机械故障、电气系统故障、制动系统故障、车门系统故障灯、控制系统等。对于线路系统,主要故障来源有道岔失联、线路胀轨、线路断裂、线路下沉和轨行区异物侵限等,以及由此造成的列车相撞、线路断裂、胀轨跑道、列车无法运行等。本文清晰明确的分析中低速磁悬浮交通系统的故障,并分别从车辆系统以及轨道系统入手,梳理了故障方式及来源,对中低速磁浮交通的安全运营,保障乘客的安全具有重要意义。
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