地鐵電客車輪對(duì)打滑引起牽引異常的分析

1、<p>　　地鐵電客車輪對(duì)打滑引起牽引異常的分析</p><p>　　摘 要：本文對(duì)沈陽(yáng)地鐵電客車輪對(duì)打滑引起牽引系統(tǒng)異常的事件進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為后續(xù)電客車系統(tǒng)的故障排查提供了一定的指引。 </p><p>　　關(guān)鍵字：地鐵 電客車 輪對(duì)打滑 牽引異常 </p><p>　　中圖分類號(hào)：U231+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p>

2、<p>　　The analysis of the traction abnormal caused by </p><p>　　the wheel slippage of the Metro electric train </p><p>　　Fei Liangfei 1 Xiu Liang 2 </p><p>　　The operating bran

3、ch of ShenYang subway Group Limited company </p><p>　　Abstract: This paper analyzes the events that the traction abnormal Problem caused by the wheel slippage of the ShenYangSubway electric train, and can pr

4、ovide some guidelines for subsequent troubleshooting of electric bus system. </p><p>　　Keywords: Metro; Electric train; Wheel slip; Traction abnormalities </p><p><b>　　一、事件概況 </b><

5、;/p><p>　　2012年12月22日，早8時(shí)20分至11時(shí)30分期間，沈陽(yáng)地鐵某線多次列車在一固定區(qū)間連續(xù)報(bào)DCU牽引模塊逆變過流故障，之后列車控制和診斷系統(tǒng)（TCMS）顯示牽引逆變器（VVVF）變?yōu)榛疑?，伴隨有牽引力及制動(dòng)力不足現(xiàn)象，出前方站后恢復(fù)正常。 </p><p>　　其中一列車（虛擬車號(hào)為220）在該區(qū)間TCMS顯示2車、5車VVVF均為灰色，停車對(duì)高速斷路器（HB）復(fù)位后牽

6、引力恢復(fù)但較小，雖以最大級(jí)位牽引但仍只能以最高10km/h左右速度運(yùn)行，1.2公里的區(qū)間共運(yùn)行10余分鐘，出前方站后恢復(fù)正常。 </p><p>　　二、原因分析（以220車故障為例） </p><p>　　沈陽(yáng)地鐵的電客車系統(tǒng)采用的是三動(dòng)三拖編組方式，每輛動(dòng)車有一臺(tái)VVVF逆變器柜，柜內(nèi)有2個(gè)逆變器模塊，每個(gè)逆變器柜向4臺(tái)交流牽引電動(dòng)機(jī)供電，但逆變器未實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，實(shí)際上采用的是車控方案

7、。 </p><p>　　因?yàn)槭嵌嗔熊囋谕粎^(qū)間報(bào)相同的故障，因此在初期懷疑是供電系統(tǒng)異常影響了列車的正常運(yùn)行，通過調(diào)取電客車事件記錄儀（ERM）數(shù)據(jù)（如圖1）分析，網(wǎng)壓雖有波動(dòng)，但未見明顯異常之處。 </p><p>　　9時(shí)14分，供電檢修人員回復(fù)接觸網(wǎng)供電正常，工務(wù)檢修人員回復(fù)線路無異常。供電檢修人員在檢查回流裝置后未見異常。 </p><p>　　圖1201

8、2年12月22日上午11點(diǎn)至11點(diǎn)10分之間ERM記錄 </p><p>　　圖2 故障統(tǒng)計(jì)匯總 </p><p>　　在對(duì)TCMS系統(tǒng)的故障記錄（如圖2）進(jìn)行仔細(xì)分析后，事件的原因逐漸清晰： </p><p>　　1、TCMS顯示VVVF為灰色 </p><p>　　按照電客車的控制邏輯，從安全角度考慮，當(dāng)檢測(cè)到牽引控制單元（DCU）逆變過

9、流時(shí)，前三次TCMS可自行恢復(fù)，第四次時(shí)，將發(fā)出DCU封鎖指令，封鎖后TCMS顯布顯示VVVF為灰色，從圖2中可以看出2車、5車VVVF相繼被封鎖。 </p><p><b>　　2、牽引力較小 </b></p><p>　　如因逆變過流造成DCU封鎖或電機(jī)空轉(zhuǎn)均會(huì)造成牽引力不足。 </p><p><b>　　1）復(fù)位之前 <

10、/b></p><p>　　從圖1及圖2中分析得出，列車從始發(fā)站發(fā)車，在11：56：28時(shí)，運(yùn)行速度35.4km/h，電客車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滑行，制動(dòng)期間2車和5車DCU在11：56：42后相繼產(chǎn)生逆變過流，11：57：36秒時(shí)，2車DCU封鎖，10：58分，第一次區(qū)間停車。 </p><p>　　11：00：09秒，動(dòng)車，此時(shí)2車已封鎖；11：00：31，5車DCU封鎖，牽引級(jí)位時(shí)速度下

11、降，期間反復(fù)換牽引級(jí)位速度仍處于下降狀態(tài)，11：01：45秒，第二次區(qū)間停車。 </p><p><b>　　2）復(fù)位之后 </b></p><p>　　11：02：59，進(jìn)行了HB復(fù)位操作，牽引系統(tǒng)恢復(fù)正常，11：03：14，動(dòng)車，11：03：18秒，車輛啟動(dòng)，因?yàn)榭辙D(zhuǎn)現(xiàn)象嚴(yán)重，最高速度僅能達(dá)到12.7KM/h，在此時(shí)如用P3、P4大級(jí)位牽引，無法提高牽引力和運(yùn)行速

12、度。期間2車和5車共報(bào)3次過流，未形成封鎖。 </p><p>　　11：05：14，區(qū)間短暫停車。11：06：59，車輛到達(dá)前方車站。 </p><p>　　3、DCU逆變過流 </p><p>　　經(jīng)過對(duì)220車DCU逆變過流故障的波形（如圖3所示）分析發(fā)現(xiàn)，因DCU粘著程序檢測(cè)出空轉(zhuǎn)滑行調(diào)節(jié)力矩，使DCU發(fā)揮的牽引/電制動(dòng)力矩、電流電流、電機(jī)綜合速度在故障前短

13、時(shí)間內(nèi)波動(dòng)較大。 </p><p>　　對(duì)ERM故障記錄波形（如圖4所示）分析發(fā)現(xiàn)，列車報(bào)逆變過流故障時(shí)一定伴隨有輪對(duì)的滑行，因此確定逆變過流故障與空轉(zhuǎn)滑行有必須的聯(lián)系。 </p><p>　　當(dāng)列車發(fā)生輕微空轉(zhuǎn)滑行時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子的電流同轉(zhuǎn)速的關(guān)系分析如下： </p><p>　　T=KTΦI2cosψ2 </p><p><b>

14、　　式中： </b></p><p>　　KT是一常數(shù)，它與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。 </p><p>　　Φ=，在滑行瞬間電機(jī)處于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速階段，磁通Φ和轉(zhuǎn)矩T都近似不變。cosψ2=，因空轉(zhuǎn)瞬間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速提高，轉(zhuǎn)差率s變小，其它值為固有屬性不變，cosψ2值變大，因此轉(zhuǎn)子電流I2是變小的。 </p><p>　　再根據(jù)公式T=9550*P2/n <

15、/p><p>　　T為轉(zhuǎn)矩近似不變，n是轉(zhuǎn)速提高后，電機(jī)的輸出功率P2必須提高，根據(jù)變壓器原理，定子（原邊）線圈輸出功率P1≈P2，在空轉(zhuǎn)瞬間功率提高，電壓不變的情況下，電流必須然升高，當(dāng)電流超過保護(hù)門檻值時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致逆變過流保護(hù)，以防止大電流對(duì)牽引電機(jī)及逆變器造成損傷。 </p><p>　　從電機(jī)控制角度，防空轉(zhuǎn)控制是DCU通過減少力矩輸出抑制空轉(zhuǎn)滑行加劇，如果空轉(zhuǎn)滑行加劇將導(dǎo)致輸出在四根

16、動(dòng)軸上的力矩不平衡，從而導(dǎo)致某根動(dòng)軸力矩及電流相對(duì)較大，對(duì)于車控列車，由于DCU統(tǒng)一對(duì)四根動(dòng)軸進(jìn)行空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)，所以保護(hù)效果比架控車（統(tǒng)一對(duì)兩根軸進(jìn)行空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)）及軸控車（統(tǒng)一對(duì)一根軸進(jìn)行空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)）要差，因此出現(xiàn)逆變過流概率較架控車及軸控車大。 </p><p>　　圖3 逆變電流故障波形 </p><p>　　圖4 電制動(dòng)滑行狀態(tài) </p><p>　　沈陽(yáng)

17、地鐵二號(hào)線列車從2011年底載客運(yùn)行至今經(jīng)歷了嚴(yán)寒及酷暑的考驗(yàn)從來沒如此高頻率出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象，且列車運(yùn)行于地下隧道，隧道內(nèi)溫度變化不大，常年處于零上溫度，因此隧道內(nèi)軌面粘著條件受天氣影響較小，因此此故障的直接原因應(yīng)該是當(dāng)天的軌面異常引起，當(dāng)天軌面可能由于特殊原因存在粘水沙、粘油等影響粘著的情況，而由于始發(fā)站與前方站之間有兩個(gè)30‰的坡度，坡度較大將導(dǎo)致空轉(zhuǎn)滑行的機(jī)率增加，空轉(zhuǎn)滑行瞬間提高了電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，DCU產(chǎn)生了保護(hù)并實(shí)施了自我封鎖

18、，致使?fàn)恳到y(tǒng)異常的發(fā)生。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)：預(yù)防措施 </b></p><p>　　1、列車應(yīng)以小級(jí)位起車（P1、P2）或制動(dòng)，逐漸提高級(jí)位，尤其是在雨雪天氣等坡道線路上運(yùn)行時(shí)；當(dāng)日未出現(xiàn)過流的三列車通過ER記錄分析，牽引及制動(dòng)級(jí)位推動(dòng)都很平緩； </p><p>　　2、如果制動(dòng)過程中多次出現(xiàn)逆變過流故障，可將電制動(dòng)切除