广州地铁3号线列车牵引系统线路接触器故障分析及改进

1、43城市轨道车辆陈斯,肖向前(广州市地下铁道总公司运营事业总部,广东广州511430摘要:简要介绍了广州地铁3号线牵引系统的组成和功能,以系统实际故障为例,分析3号线在运营2年后出现的一些硬件故障现象,并提出了改进措施,经实际装车试验情况良好。关键词:地铁车辆;高速断路器;线路接触器;辅助触头;维护;广州地铁3号线中图分类号:TM57; U231; U266.2 文献标识码:B 文章编号:1000-128X(201002-0043-02机车电传动ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES2, 2010Mar. 10, 20102010年第2期 2010年3月10日广州地铁3号

2、线列车牵引系统线路接触器故障分析及改进收稿日期:2009-07-01广州地铁3号线是我国首次采用120 km/h 高速B 型车辆的城市轨道交通系统。该车采用西门子开发的SIBAS32(Siemens 32 位处理器的列车自动系统控制技术,其中作为驱动列车高速行驶的牵引系统同样由西门子提供。列车牵引系统的良好运行除了依赖软件的运行外,硬件的质量保障更是可靠运行的保证。本文从实际故障举例,分析广州地铁3号线在运营2年后出现的一些硬件故障现象。1牵引系统的组成和功能广州地铁3号线牵引系统集成于列车网络控制的核心VCU 内部(车辆控制单元Vehicle Control Unit 。VCU 包括了CCF

3、 (中央控制功能Central Control Function 和TCF (牵引控制功能Traction Control Function 模块。CCF 是基于列车基本功能的处理;TCF 模块主要是牵引/制动方面的指令处理,参考值处理及对空转/滑行控制的处理。 而3号线列车牵引系统控制核心为ICU (逆变控制单元Inverter Control Unit 。ICU 与VCU 的功能包括了以下几个部分:牵引及电制动的控制(VCU ;对列车冲动提供平滑的曲线(VCU ;空转滑行保护(VCU ;与TCF 有关的诊断存储(VCU ;列车载荷调整(VCU ;高速断路器的闭合与分断(VCU ;控制与监测

4、某些接触器:线路接触器、预充电接触器、高速断路器的紧急分断(ICU ;测量逆变器相关信号:电压、电流和速度信号(ICU ;控制与监测来自IGBT 的电压转换程序:每个异步电机的需求及斩波相的控制(I C U ;提供维修模式(VCU+ICU 。2线路接触器硬件问题导致牵引系统故障3号线列车基于全网络控制技术,在软件未稳定时,列车出现的故障几乎都集中在软件问题上。软件的故障通常在系统复位或重启后消失,而运行一段时间后偶尔出现一次。在2008年6月中旬,西门子对列车的ICU 及VCU 软件进行全面更新后,早期对3号线牵引系统影响较大的故障基本得以根除。目前来看,对3号线牵引系统存在较大影响的是线路接

5、触器的硬件故障造成牵引系统不能正常投入运行。2.1线路接触器功能介绍线路接触器作为逆变器与1 500 V 高压主电路的连接开关,对列车的正常起着举足轻重的作用。接触器除了本身的主触头外,在两侧各有1个辅助触头,如图2所示。其中,主触头起到逆变器与高压输入的连接作用;左侧辅助触头(21/22作为线路接触器状态信号反馈到ICU 当中;右侧辅助触头(31/32一是起到连接高速断路器初始闭合回路的作用,二是起到本ICU 单元失电时,提供高速断路器闭合回路的作用(见图3、图4。图1ICU 与 VCU图2 线路接触器图3线路接触器左侧辅助触头 44机车电传动2010年从逻辑图可以看出,在正常工况下,1 5

6、00 V 高压首先通过预充电接触器对直流电容进行充电然后再通过闭合了的线路接触器输入到逆变器中,而预充电接触器在线路接触器闭合后就会自动断开。当ICU 控制板检测到线路接触器主触头闭合($ANNS=1、左侧辅助触头闭合($QTNS=1及预充电接触器主触头断开($ANLS=0、辅助触头断开($QTLS=0这4个信号后,就认为线路接触器真正闭合,输出线路接触器状态正常($QTNTZ=1这个信号。当ICU 监测到这4个信号出现异常,则输出$QTNTZ=0并触发代码38的线路接触器状态不明确的故障,操作高速断路器紧急分断。2.2实际故障分析2008年以来,3号线列车多次在正线出现1个ICU 红点故障引

7、起高速断路器分断,造成1节动车2个ICU 均不投入服务。由于列车VCU 内部逻辑程序设定,当列车损失50%动力的时候将限速60 km/h ,因此,对正线运营造成十分严重的影响。车辆维护人员通过使用SIBAS32 Monitor 维护软件对故障列车进行分析为“ DC : 38H Condition of main contactor is not plausible ”(代码38线路接触器状态不明确。此故障是由于ICU 监测到线路接触器(K100状态出现异常,触发高速断路器紧急分断造成了同一节动车报2个牵引单元均不投入服务。从检查结果及故障现象上分析,在列车已经运行一段时间后并且主触头功能正常时

8、,不管右侧辅助触头的功能是否正常,都不会引起上述故障的发生,而预充电接触器也处于断开状态,唯一可以导致该故障发生的关键点就在于作为线路接触器状态反馈信号的左侧辅助触头。通过使用SIBAS32 Monitor 维护软件对信号进行监控,发现正常工况下信号如图6。此时$ANNS=$QTNS=1、$ANLS=$QTLS=0,输出$QTNTZ=1,线路接触器状态确认为正常。在故障工况下信号如图7。此时$ANNS=1、$QTNS=0、$ANLS=$QTLS=0,输出$QTNTZ=0,线路接触器状态无法确认。监测得到的结果符合故障现象及原理分析。通过对该类辅助触头进一步检查,发现辅助触头存在接触电阻偏大,弹

9、簧力度不够等问题。据了解,该型号辅助触头用在其他项目上,也出现了同样的故障。因此考虑进行新型号辅助触头的换型研究工作,并且已在2列车上进行新型辅助触头测试。新型辅助触头自2008年7月24日装车试验至今,表现情况良好。相信通过对辅助触头的换型,在很大程度上可以解决此类故障现象,也能使牵引系统稳定性得到很大的改善,大大提高列车牵引性能。3结束语作为列车动力核心的牵引系统,硬件设备的稳定性在很大程度上确保了运营的正常开展。自3号线运营2年多来,经过车辆维护人员的不断努力,通过升级控制软件、对各种隐患进行改造甚至是部件的换型等种种攻关手段,使得牵引系统状态趋向于稳定。全网络控制、轻量化高速驱动的牵引系统虽然目前仍有些细微问题,但相信随着维护人员不断深入探讨和优化维护、检修工艺,这套系统的应用将会更加稳定。参考文献:1 西门子. 广州地铁三号线列车维修使用手册K . 200