地铁牵引系统的电气控制

地铁牵引系统的电气控制

陈盛凯

(深圳地铁运营集团有限公司广东深圳518000)

摘要：地铁列车牵引控制电路一般基于继电器进行逻辑控制，这种电路设计对继电器硬件依赖度高，继电器故障对车辆运营影响极大。对现有列车制动和牵引控制电路进行分析，重点对现有控制电路的设计优化改进进行研究，提出一种可靠度高的解决方案。该方案对硬件依赖度低，大大提高了列车可用性。

关键词：地铁列车；牵引系统；电气控制

引言：目前在地铁列车上，列车控制电路设计方面仍大量采用继电器进行逻辑控制，如牵引控制、制动控制、空调控制、照明控制、车门控制等各控制电路功能的实现均需要使用继电器。但是继电器内部设计结构，尤其是动作的部件存在一定的浴盆效应，各厂家的车载继电器在列车投入运营后，在全寿命周期内均存在一定的故障率。

1地铁车辆电气牵引系统的结构特点

地铁车辆中的牵引系统主要是由受电弓、牵引电动机、高压箱、牵引逆变器、制动电阻和避雷器等部分组成的。其中高压箱是由主隔离开关、相应的充电设备和断高速路器等部分组成，但是在地铁车辆中，大部分都是由两台受电弓组成，从而防止由于其中一台在遇到故障问题后导致辅助逆变器和牵引逆变器停止运行等问题。这几个受电弓由于可以向动力单元分别输送动力产生所必须的高压电源，因此假如其中一台受电弓发生故障问题，而另一个受电弓可以依然促进辅助逆变器和逆变器的正常运行。在牵引系统同时还设置有牵引逆变器，将支撑电容输入进逆变器中可以促进点电压输入的稳定性，同时还能发挥出能量缓冲的效果。地铁车辆中的牵引系统是由各种电路和设备组成的，而系统的顺利运行也需要以相关电路设备为支撑，在大部分设备之中，车辆停车和减速等行动都离不开制动装置的支持，因此制动装置能够有效保障地铁的安全运行。目前我国城市中的地铁车辆都是通过电阻制动、再生制动以及机械制动等形式来进行运行的，而机械制动主要是通过空气的不断压缩来实现制动效果的，而电阻制动以及再生制动都是通过轨道电磁制动和铁路电磁铁来实现的，再生制动当中，利用地铁的制动牵引能够将动能顺利转化成电能，随后再生制动能量能够返回到电网当中，从而将制动电能在提供给其它车辆。

2影响列车正常牵引的故障

牵引控制电路的设计需要考虑行车安全，其中2个重要的条件分别是全列车门关好和全车所有制动缓解。原设计一般通过设置全列车门关好联锁DIR继电器和全列车制动缓解ABRR继电器，传递门关好信号和全车制动缓解信号指令，如图1所示。但上述电路在实际运用中，会出现继电器故障导致无法牵引的运营事件。

2.1制动缓解继电器故障导致列车无法牵引

A线路地铁车辆运营过程中，列车报制动缓解失效。车辆回库后检查故障记录，发现导致无法牵引动车的原因为全车制动缓解ABRR继电器故障，线圈得电后未正常动作导致牵引授权无法建立，进而列车无法牵引动车。

2.2门关好继电器故障导致列车无法牵引

B线路地铁车辆运营过程中，列车报门联锁回路故障，列车回库后故障消失。下载列车网络TCMS数据发现，列车在区间牵引时，列车信号采集的门联锁DIR继电器电平突变，导致报DIR继电器故障，之后故障复位。用电阻测试一DIR继电器的长开场闭触点阻值为24mΩ，高于正常的8mΩ以下的标准值，继电器故障。上述2种因继电器故障导致车辆不能正常牵引的情况，偶然性、突发性特别强，有时能自动恢复，但在运行中不易找到故障的原因，对列车可用性影响大。

3地铁牵引系统的电气控制

3.1牵引控制

当地铁车辆处于运行状态中时，其中的制动装置经常会发出各种操作指令，并传送到牵引逆变器当中，在接受指令之后，牵引逆变器就会联合制动控制装置根据相应的指令信号，进行具体的牵引控制工作。但是在实际操作过程中，由于系统的作用，车辆的运行速度通常会有一定的限制，地铁车辆的运行速度一旦超过相应的允许标准时，系统也会自动降低地铁车辆的牵引力，并将牵引力切断，一直到地铁车辆的运行速度恢复到正常状态后，车辆的牵引力才会重新连接回来[1]。此外，即使地铁车辆中没有设置自动控制系统，车辆依然能够发挥出相应的限速工能，一般车辆在运行过程中遇到坡道区域时，经常会将高速行驶模式自动开启，从而让地铁车辆在坡道位置时依然能够保持和平道中的相同速度，从而促进车辆的顺利运行。地铁车辆中通常设置有高压母线断路器和母线线路，而设置目的就是保证地铁车辆能够顺利通过地铁线路中各种架空线电区。

3.2交流传动控制

地铁车辆中的牵引控制主要是由牵引变流来引导进行的，这种技术也是以大功率半导体部件为基础的，除此之外，牵引技术经常使用的还有隔离技术、冷却技术、光纤传输技术、叠压低感技术等多种方式，在地铁车辆的牵引系统中发挥着巨大的作用，通过合理运用各种牵引技术能够促进地铁的安全运行，提高地铁的运行效率，实现有效的牵引控制，同时还能准确转换直流电。而牵引变流技术在使用过程中可以通过水来进行冷却，随后在经过冷却风和散热管道对牵引系统进行降温处理，在最大程度上降低系统的压力，提高车辆的制动效率。对逆变器进行冷却主要是通过热管散热器来进行的，并通过液态媒介的状态转化来释放和吸收内部热量[2]。这种通过液态媒介的蒸发、冷凝现象来排放热量的方式，能够对环境保护发挥巨大的效用，同时组成结构也比较简单，具体的维护运行工作能够节省很多时间。此外，交流传功技术同样能够促进地铁中电气系统的顺利进行，电气系统提供基础的安全保障。交流传动控制其实就是逆变器中的一种集合技术，通过故障诊断技术、参数识别技术、粘着控制技术和电机控制技术的有机结合，实现对电流的全面控制。在地铁车辆行驶过程中，还会遇到各种复杂问题，在这种状况下只需要通过交流传动技术就能顺利解决各种问题，促进地铁的顺利运行[3]。

3.3电制动控制

在实际制动过程中，两种不同的制动方式之间具有较为突出的级别差异，从而导致两种方式所发挥出的效用也呈现出较大的差距。一般情况下，在处理车辆的制动控制问题时，需要先进行再生制动，随后在进行电阻制动，最后一项步骤就是机械制动。但是为了在最大程度上减少损耗并提高制动效果，正常情况下都会结合多种制动方式共同作用，随后促进制动效果的有效提高。制动设备是地铁车辆运行过程中的重要装置，能够辅助车辆的停车减速等活动[4]。一般情况下，城市中的地铁车辆使用的大部分是电制动方式，通常也就包括电阻制动和再生制动这两种情况，此外，还有起到辅助作用的机械制动形式，利用各种方式，在最大程度上让地铁车辆能够进行精准、及时的制动，并对车辆制动力进行有效调节，同时也能保证地铁车辆在现实运行中能够进行安全停车，在遇到突发状况时，也可以进行及时制动，从而防止重大安全事故的出现。

结束语：

综上所述，电气牵引系统对于地铁的正常运行来说具有重要的作用，也是地铁运行中比不可少的内容，能够提高地铁运行的安全性，从而对运行中的地铁车辆形成一种有效的制动与牵引。为此在日检测过程中，要加强车辆的检修工作，同时还要熟练掌握制动控制和牵引控制，从而提高地铁运行的安全性。

参考文献：

[1]王乾.地铁车辆电气牵引系统设计研究[J].自动化应用,2018(01):46+53.