地铁车辆牵引系统电机过压及过流故障的原因分析及改进措施

地铁车辆牵引系统电机过压及过流故障的原因分析及改进措施

杜绍岩

神铁二号线（天津）轨道交通运营有限公司 天津 300000

摘要：地铁车辆作为一种主要的运输工具，不仅给生活带来了极大的方便，而且对城市化也起到了极大的推动作用。然而，在运营中，受外部环境的严重干扰，造成了其牵引系统故障的概率很高，因此，如何对其进行有效的维护显得尤为重要。基于此，本文就地铁车辆牵引系统电机过压及过流故障的原因分析及改进措施进行了探讨。

关键词：地铁车辆；牵引系统；电机；过压过流故障；改进

引言：

现阶段，地铁车辆交通系统面临新的要求，即在更新速度加快，智能化程度加强等方面，要更快更好的满足旅客的需求。牵引故障会对乘客乘坐舒适性、安全性等方面产生很大的影响，并且具有很强的不可预测性，此外，在进行维修和保养的时候会遇到很大的困难，如果出现了这样的问题，极易导致整个城市的地铁系统陷入瘫痪，给人们的出行造成很大的不便，也会造成很大的安全隐患。

一、故障原因分析

（一）牵引系统的故障上报逻辑

电动机的相位电流过大：在电动机的相位电流感应器上，侦测到的电流大于2000安培时，会被认为是电动机的相位过大，报告中度故障，并禁止牵引逆变器动作；在探测到电动机的相位电流大于2400安培时，应报警为重大故障，切断高速开关，在相位电流低于1500安培时，应重新设置。直流滤波电压过压：在电压高于2100 V时，将被记录下来，并报告为中度故障，并禁止驱动逆变；在探测到的电压高于2200伏，则为重大故障，在电压低于1800伏的情况下，切断高速断路器。通过研究发现，在列车空运行或滑行期间，牵引逆变器的磁场会产生较大的瞬间波动，从而引起故障[1]。

（二）牵引系统的控制

1.逆变器功率电路概述

牵引逆变电源模块是一种以 PWM方式工作的电压源式逆变器，为牵引电动机的 VVVF供电。采用 PWM技术实现了对牵引电动机的提供三相平衡电压，并且可以很容易地调整电动机所需的基波电压的幅值和频率。利用A-CMDR对逆变器的输出电流进行监控，利用A-FVMD对逆变电源进行监控。在此基础上，使用的矢量控制方法可以缩短电机的响应时间，提高扭矩调节的准确性，提高电机的低速特性。矢量控制具有极快的磁、转矩响应的特点，可改善电动机的电流控制效率。1个牵引逆变器，配有1个两路转速传感器，分别对4个平行的牵引电动机进行控制。为了确保系统的冗余，采用了2路的速度传感器。其中一条信道失效时，另外一条信道仍然可以提供速率资料。只有在低速列车运行，磁通形成和列车空载和打滑等情况下，才能得到转速传感器的讯号[2]。

2.详细的控制

低速区控制:在5赫兹以下，利用转速感应器的转速数据，推算出内部的磁通，以保证扭矩的精确控制。

恒转矩阶段控制:在此基础上，通过对电动机两端电压进行积分，求出电动机的磁通量。此电压必须有一个合适的变频器，因此，对电动机施加的变频器是用来测定的。这种方法可以缩短电动机的启动时间。在恒转矩阶段，由于磁通保持不变，而电动机的电压与转速也与之相应地提高，所以可以通过对定子电压的幅度与频率进行控制，达到恒转矩。

恒功率阶段控制:和恒转矩相控时采用的激励方式一样，在恒功率相控时仍然采用转速传感器，以决定系统的电压变动频率。在恒流状态下，将最大输出电压施加到电动机上，然后对电动机的定子压进行控制，使电动机达到恒流状态[3]。

（三）相电流过流的分析

在发现车空载或打滑的情况下，牵引力和电制动力都会受到牵引力和电子制动力的影响，并且根据车的加速度和加速度的变化速率，判断车是否在打滑。当前，相电流的过流问题发生在第一次空载或滑移后的恢复阶段；在严重打滑工况下，如果制动和牵引无法有效地恢复，将出现2次打滑，有时还会出现多次打滑。在剧烈打滑时，四个电动机的磁场并不是完美地相互耦合，因为列车控制方式下各车轮的打滑角度并不相同。在多轮调节恢复过程中，由于电机瞬间失速，使得逆变控制的电流瞬间失去控制，从而使得逆变装置短暂地采取保护措施，解除牵引或制动力的影响。

二、策略优化及改进措施

（一）策略优化方案

通过对放缓力的恢复与磁场的耦合调控，避免电机在空转或者滑转时，电机运行定子磁场的快速改变，使电机运行时的电流进入限域。在磁控方法上，针对单、多轴两种情况，分别对两种情况下的磁控系统进行精确识别和调控，并利用磁控滤波器和转速传感器的滤波参数调整，提高磁控系统的相间兼容性，保证任意一种情况下，都能够得到有效的磁控，防止过流。将电动机的相位电流故障与空载或打滑的控制区别开来。当列车处于空运行或打滑状态时，采用了限流保护，但并没有将限流保护的动作作为故障报告给列车监测系统。当出现了诸如短路之类的实际故障时，将其作为一种故障报告到地铁监测系统中[4]。

（二）以排除法为核心，处理具体故障

在地铁车辆牵引电机运行的过程中，其电机很容易出现各种不同程度的故障，这使得相关的技术维护人员在进行故障的处置时，经常会出现故障的混淆和遗漏的现象。所以，当轨道交通车辆的牵引电动机出现故障时，维护人员就可以运用故障排除方法来进行精确维护。具体而言，有关技术维修人员应该制订周期性的检修计划，定期更换轴承，清除杂质等，在装配时注意润滑油的刷涂，防止故障发生。

（三）结合实际情况，构建故障表格

建立故障类型结构表，将各种故障类型进行归纳、分类，从而提高故障维修的效率与质量。然而，在地铁列车牵引电动机的实际检修中，单纯依靠故障诊断方法，无法对特定的故障进行全面的判定，且往往出现了可能是单个或多个故障的故障，也极有可能一起出现。所以，仅仅依靠对轨道交通列车牵引电动机的故障分析和对轨道交通列车牵引电动机故障的分析是不可能的。然而，如果建立了故障类型的结构表，就能从中了解到目标发动机所发生过的故障及其产生的原因，进而能够对故障做出全面、精确的分析。在此基础上，提出了不同类型的故障类型，并给出了造成故障的真正原因，进而改善了故障的处理与维护的品质与效率。

三、结束语

综上，地铁车辆的重要组成部分是牵引系统。尽管在故障出现后，牵引系统经过简单的保护就能重新启动，但是严重地影响了牵引电动机和逆变器的使用寿命。通过对控制方法的研究，可以有效提升地铁交通的运行稳定性，确保车辆的正常运行。

参考文献：

[1]李昊,徐立超.地铁车辆牵引系统常见故障分析[J].中国管理信息化,2021,24(04):114-115.

[2]田世贺,李小波,程岳梅,陆朱剑.基于现场数据的地铁车辆牵引系统可靠性分析[J].智能计算机与应用,2021,11(02):64-68.

[3]潘颖.地铁车辆电气系统中牵引及辅助系统故障检修[J].科技创新与应用,2018(11):95-96.

[4]徐方洲.地铁车辆牵引系统故障问题与处置技术方式浅析[J].农家参谋,2017(13):246.