地鐵電客車輪對打滑引起牽引異常的分析

1、<p>　　地鐵電客車輪對打滑引起牽引異常的分析</p><p>　　摘 要：本文對沈陽地鐵電客車輪對打滑引起牽引系統(tǒng)異常的事件進行了詳細的分析，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>　　關鍵字：地鐵 電客車 輪對打滑 牽引異常 </p><p>　　中圖分類號：U231+.2 文獻標識碼：A 文章編號： </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20分至11時30分期間，沈陽地鐵某線多次列車在一固定區(qū)間連續(xù)報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力不足現(xiàn)象，出前方站后恢復正常。 </p><p>　　其中一列車（虛擬車號為220）在該區(qū)間TCMS顯示2車、5車VVVF均為灰色，停車對高速斷路器（HB）復位后牽

6、引力恢復但較小，雖以最大級位牽引但仍只能以最高10km/h左右速度運行，1.2公里的區(qū)間共運行10余分鐘，出前方站后恢復正常。 </p><p>　　二、原因分析（以220車故障為例） </p><p>　　沈陽地鐵的電客車系統(tǒng)采用的是三動三拖編組方式，每輛動車有一臺VVVF逆變器柜，柜內有2個逆變器模塊，每個逆變器柜向4臺交流牽引電動機供電，但逆變器未實現(xiàn)獨立控制，實際上采用的是車控方案

7、。 </p><p>　　因為是多列車在同一區(qū)間報相同的故障，因此在初期懷疑是供電系統(tǒng)異常影響了列車的正常運行，通過調取電客車事件記錄儀（ERM）數(shù)據(jù)（如圖1）分析，網壓雖有波動，但未見明顯異常之處。 </p><p>　　9時14分，供電檢修人員回復接觸網供電正常，工務檢修人員回復線路無異常。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點至11點10分之間ERM記錄 </p><p>　　圖2 故障統(tǒng)計匯總 </p><p>　　在對TCMS系統(tǒng)的故障記錄（如圖2）進行仔細分析后，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，當檢測到牽引控制單元（DCU）逆變過

9、流時，前三次TCMS可自行恢復，第四次時，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封鎖或電機空轉均會造成牽引力不足。 </p><p><b>　　1）復位之前 <

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，運行速度35.4km/h，電客車制動時產生滑行，制動期間2車和5車DCU在11：56：42后相繼產生逆變過流，11：57：36秒時，2車DCU封鎖，10：58分，第一次區(qū)間停車。 </p><p>　　11：00：09秒，動車，此時2車已封鎖；11：00：31，5車DCU封鎖，牽引級位時速度下

11、降，期間反復換牽引級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）復位之后 </b></p><p>　　11：02：59，進行了HB復位操作，牽引系統(tǒng)恢復正常，11：03：14，動車，11：03：18秒，車輛啟動，因為空轉現(xiàn)象嚴重，最高速度僅能達到12.7KM/h，在此時如用P3、P4大級位牽引，無法提高牽引力和運行速

12、度。期間2車和5車共報3次過流，未形成封鎖。 </p><p>　　11：05：14，區(qū)間短暫停車。11：06：59，車輛到達前方車站。 </p><p>　　3、DCU逆變過流 </p><p>　　經過對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粘著程序檢測出空轉滑行調節(jié)力矩，使DCU發(fā)揮的牽引/電制動力矩、電流電流、電機綜合速度在故障前短

13、時間內波動較大。 </p><p>　　對ERM故障記錄波形（如圖4所示）分析發(fā)現(xiàn)，列車報逆變過流故障時一定伴隨有輪對的滑行，因此確定逆變過流故障與空轉滑行有必須的聯(lián)系。 </p><p>　　當列車發(fā)生輕微空轉滑行時，轉子與定子的電流同轉速的關系分析如下： </p><p>　　T=KTΦI2cosψ2 </p><p><b>

14、　　式中： </b></p><p>　　KT是一常數(shù)，它與電動機的結構有關。 </p><p>　　Φ=，在滑行瞬間電機處于恒轉矩調速階段，磁通Φ和轉矩T都近似不變。cosψ2=，因空轉瞬間轉子轉速迅速提高，轉差率s變小，其它值為固有屬性不變，cosψ2值變大，因此轉子電流I2是變小的。 </p><p>　　再根據(jù)公式T=9550*P2/n <

15、/p><p>　　T為轉矩近似不變，n是轉速提高后，電機的輸出功率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，在空轉瞬間功率提高，電壓不變的情況下，電流必須然升高，當電流超過保護門檻值時，則會導致逆變過流保護，以防止大電流對牽引電機及逆變器造成損傷。 </p><p>　　從電機控制角度，防空轉控制是DCU通過減少力矩輸出抑制空轉滑行加劇，如果空轉滑行加劇將導致輸出在四根

16、動軸上的力矩不平衡，從而導致某根動軸力矩及電流相對較大，對于車控列車，由于DCU統(tǒng)一對四根動軸進行空轉滑行保護，所以保護效果比架控車（統(tǒng)一對兩根軸進行空轉滑行保護）及軸控車（統(tǒng)一對一根軸進行空轉滑行保護）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 電制動滑行狀態(tài) </p><p>　　沈陽

17、地鐵二號線列車從2011年底載客運行至今經歷了嚴寒及酷暑的考驗從來沒如此高頻率出現(xiàn)空轉滑行現(xiàn)象，且列車運行于地下隧道，隧道內溫度變化不大，常年處于零上溫度，因此隧道內軌面粘著條件受天氣影響較小，因此此故障的直接原因應該是當天的軌面異常引起，當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30‰的坡度，坡度較大將導致空轉滑行的機率增加，空轉滑行瞬間提高了電機轉子電流，DCU產生了保護并實施了自我封鎖

18、，致使牽引系統(tǒng)異常的發(fā)生。 </p><p><b>　　結束語：預防措施 </b></p><p>　　1、列車應以小級位起車（P1、P2）或制動，逐漸提高級位，尤其是在雨雪天氣等坡道線路上運行時；當日未出現(xiàn)過流的三列車通過ER記錄分析，牽引及制動級位推動都很平緩； </p><p>　　2、如果制動過程中多次出現(xiàn)逆變過流故障，可將電制動切除