廣州地鐵3號線列車牽引系統(tǒng)線路接觸器故障分析及改進(jìn)

1、43城市軌道車輛陳斯,肖向前(廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營事業(yè)總部,廣東廣州511430摘要:簡要介紹了廣州地鐵3號線牽引系統(tǒng)的組成和功能,以系統(tǒng)實(shí)際故障為例,分析3號線在運(yùn)營2年后出現(xiàn)的一些硬件故障現(xiàn)象,并提出了改進(jìn)措施,經(jīng)實(shí)際裝車試驗(yàn)情況良好。關(guān)鍵詞:地鐵車輛;高速斷路器;線路接觸器;輔助觸頭;維護(hù);廣州地鐵3號線中圖分類號:TM57; U231; U266.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1000-128X(201002-0043-02機(jī)車電傳動(dòng)ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES2, 2010Mar. 10, 20102010年第2期 2010年3月10日廣州地鐵3號

2、線列車牽引系統(tǒng)線路接觸器故障分析及改進(jìn)收稿日期:2009-07-01廣州地鐵3號線是我國首次采用120 km/h 高速B 型車輛的城市軌道交通系統(tǒng)。該車采用西門子開發(fā)的SIBAS32(Siemens 32 位處理器的列車自動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù),其中作為驅(qū)動(dòng)列車高速行駛的牽引系統(tǒng)同樣由西門子提供。列車牽引系統(tǒng)的良好運(yùn)行除了依賴軟件的運(yùn)行外,硬件的質(zhì)量保障更是可靠運(yùn)行的保證。本文從實(shí)際故障舉例,分析廣州地鐵3號線在運(yùn)營2年后出現(xiàn)的一些硬件故障現(xiàn)象。1牽引系統(tǒng)的組成和功能廣州地鐵3號線牽引系統(tǒng)集成于列車網(wǎng)絡(luò)控制的核心VCU 內(nèi)部(車輛控制單元Vehicle Control Unit 。VCU 包括了CCF

3、 (中央控制功能Central Control Function 和TCF (牽引控制功能Traction Control Function 模塊。CCF 是基于列車基本功能的處理;TCF 模塊主要是牽引/制動(dòng)方面的指令處理,參考值處理及對空轉(zhuǎn)/滑行控制的處理。 而3號線列車牽引系統(tǒng)控制核心為ICU (逆變控制單元Inverter Control Unit 。ICU 與VCU 的功能包括了以下幾個(gè)部分:牽引及電制動(dòng)的控制(VCU ;對列車沖動(dòng)提供平滑的曲線(VCU ;空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)(VCU ;與TCF 有關(guān)的診斷存儲(chǔ)(VCU ;列車載荷調(diào)整(VCU ;高速斷路器的閉合與分?jǐn)?VCU ;控制與監(jiān)測

4、某些接觸器:線路接觸器、預(yù)充電接觸器、高速斷路器的緊急分?jǐn)?ICU ;測量逆變器相關(guān)信號:電壓、電流和速度信號(ICU ;控制與監(jiān)測來自IGBT 的電壓轉(zhuǎn)換程序:每個(gè)異步電機(jī)的需求及斬波相的控制(I C U ;提供維修模式(VCU+ICU 。2線路接觸器硬件問題導(dǎo)致牽引系統(tǒng)故障3號線列車基于全網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù),在軟件未穩(wěn)定時(shí),列車出現(xiàn)的故障幾乎都集中在軟件問題上。軟件的故障通常在系統(tǒng)復(fù)位或重啟后消失,而運(yùn)行一段時(shí)間后偶爾出現(xiàn)一次。在2008年6月中旬,西門子對列車的ICU 及VCU 軟件進(jìn)行全面更新后,早期對3號線牽引系統(tǒng)影響較大的故障基本得以根除。目前來看,對3號線牽引系統(tǒng)存在較大影響的是線路接

5、觸器的硬件故障造成牽引系統(tǒng)不能正常投入運(yùn)行。2.1線路接觸器功能介紹線路接觸器作為逆變器與1 500 V 高壓主電路的連接開關(guān),對列車的正常起著舉足輕重的作用。接觸器除了本身的主觸頭外,在兩側(cè)各有1個(gè)輔助觸頭,如圖2所示。其中,主觸頭起到逆變器與高壓輸入的連接作用;左側(cè)輔助觸頭(21/22作為線路接觸器狀態(tài)信號反饋到ICU 當(dāng)中;右側(cè)輔助觸頭(31/32一是起到連接高速斷路器初始閉合回路的作用,二是起到本ICU 單元失電時(shí),提供高速斷路器閉合回路的作用(見圖3、圖4。圖1ICU 與 VCU圖2 線路接觸器圖3線路接觸器左側(cè)輔助觸頭 44機(jī)車電傳動(dòng)2010年從邏輯圖可以看出,在正常工況下,1 5

6、00 V 高壓首先通過預(yù)充電接觸器對直流電容進(jìn)行充電然后再通過閉合了的線路接觸器輸入到逆變器中,而預(yù)充電接觸器在線路接觸器閉合后就會(huì)自動(dòng)斷開。當(dāng)ICU 控制板檢測到線路接觸器主觸頭閉合($ANNS=1、左側(cè)輔助觸頭閉合($QTNS=1及預(yù)充電接觸器主觸頭斷開($ANLS=0、輔助觸頭斷開($QTLS=0這4個(gè)信號后,就認(rèn)為線路接觸器真正閉合,輸出線路接觸器狀態(tài)正常($QTNTZ=1這個(gè)信號。當(dāng)ICU 監(jiān)測到這4個(gè)信號出現(xiàn)異常,則輸出$QTNTZ=0并觸發(fā)代碼38的線路接觸器狀態(tài)不明確的故障,操作高速斷路器緊急分?jǐn)唷?.2實(shí)際故障分析2008年以來,3號線列車多次在正線出現(xiàn)1個(gè)ICU 紅點(diǎn)故障引

7、起高速斷路器分?jǐn)?造成1節(jié)動(dòng)車2個(gè)ICU 均不投入服務(wù)。由于列車VCU 內(nèi)部邏輯程序設(shè)定,當(dāng)列車損失50%動(dòng)力的時(shí)候?qū)⑾匏?0 km/h ,因此,對正線運(yùn)營造成十分嚴(yán)重的影響。車輛維護(hù)人員通過使用SIBAS32 Monitor 維護(hù)軟件對故障列車進(jìn)行分析為“ DC : 38H Condition of main contactor is not plausible ”(代碼38線路接觸器狀態(tài)不明確。此故障是由于ICU 監(jiān)測到線路接觸器(K100狀態(tài)出現(xiàn)異常,觸發(fā)高速斷路器緊急分?jǐn)嘣斐闪送还?jié)動(dòng)車報(bào)2個(gè)牽引單元均不投入服務(wù)。從檢查結(jié)果及故障現(xiàn)象上分析,在列車已經(jīng)運(yùn)行一段時(shí)間后并且主觸頭功能正常時(shí)

8、,不管右側(cè)輔助觸頭的功能是否正常,都不會(huì)引起上述故障的發(fā)生,而預(yù)充電接觸器也處于斷開狀態(tài),唯一可以導(dǎo)致該故障發(fā)生的關(guān)鍵點(diǎn)就在于作為線路接觸器狀態(tài)反饋信號的左側(cè)輔助觸頭。通過使用SIBAS32 Monitor 維護(hù)軟件對信號進(jìn)行監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)正常工況下信號如圖6。此時(shí)$ANNS=$QTNS=1、$ANLS=$QTLS=0,輸出$QTNTZ=1,線路接觸器狀態(tài)確認(rèn)為正常。在故障工況下信號如圖7。此時(shí)$ANNS=1、$QTNS=0、$ANLS=$QTLS=0,輸出$QTNTZ=0,線路接觸器狀態(tài)無法確認(rèn)。監(jiān)測得到的結(jié)果符合故障現(xiàn)象及原理分析。通過對該類輔助觸頭進(jìn)一步檢查,發(fā)現(xiàn)輔助觸頭存在接觸電阻偏大,彈

9、簧力度不夠等問題。據(jù)了解,該型號輔助觸頭用在其他項(xiàng)目上,也出現(xiàn)了同樣的故障。因此考慮進(jìn)行新型號輔助觸頭的換型研究工作,并且已在2列車上進(jìn)行新型輔助觸頭測試。新型輔助觸頭自2008年7月24日裝車試驗(yàn)至今,表現(xiàn)情況良好。相信通過對輔助觸頭的換型,在很大程度上可以解決此類故障現(xiàn)象,也能使?fàn)恳到y(tǒng)穩(wěn)定性得到很大的改善,大大提高列車牽引性能。3結(jié)束語作為列車動(dòng)力核心的牽引系統(tǒng),硬件設(shè)備的穩(wěn)定性在很大程度上確保了運(yùn)營的正常開展。自3號線運(yùn)營2年多來,經(jīng)過車輛維護(hù)人員的不斷努力,通過升級控制軟件、對各種隱患進(jìn)行改造甚至是部件的換型等種種攻關(guān)手段,使得牽引系統(tǒng)狀態(tài)趨向于穩(wěn)定。全網(wǎng)絡(luò)控制、輕量化高速驅(qū)動(dòng)的牽引系統(tǒng)雖然目前仍有些細(xì)微問題,但相信隨著維護(hù)人員不斷深入探討和優(yōu)化維護(hù)、檢修工藝,這套系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)更加穩(wěn)定。參考文獻(xiàn):1 西門子. 廣州地鐵三號線列車維修使用手冊K . 200