南京地铁南延线车辆牵引系统特征及故障分析

南京地铁南延线车辆牵引系统特征及故障分析

摘要：牵引系统是车辆维修的重点，本文着重介绍了南京地铁南延线车辆牵引系统各部件的特点以及相关故障分析。 关键词：牵引系统；网络控制；故障分析

中图分类号： u469.5+1 文献标识码： a 文章编号： 1车辆基本技术参数 1.1车辆结构

南京地铁南延线列车为a型车,每列车6节编组,分为两个单元。每个单元由a-b-c车组成,其中a车为带司机室的拖车, b车为带受电弓的动车，c车为不带受电弓的动车。车辆是以下面的结构形式连接在一起的：

6辆车一列:-a * b * c = c * b * a- 1.2性能

- 最高速度：80km/h

- 加速度：可以以0.932m/s2的加速度加速到45km/h - 牵引力：每台电机的牵引力为21.33kn

- 电制动：从65km/h开始以0.976m/s2的制动加速度减速 - 制动力：每台电机提供23.5kn的制动力 1.3 供电电压

- 接触网供电电压范围为：直流1000v～1800v。

- 接触网额定供电电压：牵引直流1500v，制动直流1650v。 - 逆变器触发信号封锁电压：牵引直流1850v，制动直流1815v。

- 控制电压：额定值110v，变化范围为77v～137.5v。 - 辅助供电：三相交流400v±5%，50hz±1% 2牵引系统结构 2.1牵引系统结构

南京地铁南延线车辆每列车有4节动车,每节动车上设置1台牵引逆变器, 4台牵引电动机,牵引系统结构如图1所示。

牵引逆变器采用onix152hp系列,由大功率igbt(3 300v/1 200a)构成,采用pwm ( pulse widthmod-ulation )方式对交流牵引电机进行三相输出电压的变压变频(vvvf: variable voltage variable frequency)调节,从而对车辆的速度、牵引电机的转矩、牵引—制动工况的转换及运行方向变换进行控制。 2.2牵引与制动系统的网络拓扑

南京地铁南延线车辆牵引系统的网络拓扑如图2所示。

主控制器(mpu: main processing unit)、司机显示单元(ddu: drive displayunit)、事件记录仪(evr)、辅助逆变器(cvs: converter static)、牵引逆变器vvvf,牵引逆变器的牵引控制单元(pce: propul-sion control electrical)、2个制动网关阀(gtw: gate-way),网关阀的电子控制单元(bce: brake

controlelectrical),制动执行单元为1个rio阀和3个smart阀。 mpu、ddu、evr、pce、bce均与列车mvb网相连。

2.3牵引系统的网络控制

南京地铁南延线车辆在列车级采用符合iec61375《电气铁路设备列车总线》标准的冗余mvb网络。主要完成列车主控单元(mpu)对牵引系统、制动系统、辅助系统、列车故障数据采集、司机显示器等设备控制与监视。为了提高列车的可靠性, mvb网采用冗余结构,同时对于重要控制如牵引和制动力的传输,采用通过mvb网和硬连接列车线两种途径,提高了列车数据传输速度和控制响应时间,同时这种双重冗余的设计又大大提高了系统的可靠性。 3牵引系统控制策略

南京地铁1号线采用的硬连接线控制,网络只是监视列车的一些设备状态和参数变化而不参与控制;而南京地铁南延线车辆的最大特点是牵引和制动采用网络控制。在国外,网络控制方式采用比较早,而且也比较普遍。随着网络技术的发展及国外使用业绩的增加,国内地铁行业近几年新造地铁列车也越来越多的采用网络控制的先进技术。

如图3所示,当网络故障时,司机通过操控手柄驾驶列车,手柄输出的牵引和制动力命令通过列车线传输给pce和bce,力的大小则通过编码器将模拟信号转换为pwm信号进行传输。这种故障模式下的牵引叫做紧急牵引,紧急牵引下列车限速在60 km/h运行。 4相关故障分析

4.1落弓时受电弓图标打叉

故障现象

受电弓升降正常，但ddu上一个受电弓图标在落弓时打×，升弓后正常。 分析处理

由升降弓正常但落弓后ddu显示图标打×可以判断弓没有落到位或者“落弓到位”信号丢失。

登顶检查受电弓落弓锁闭机构锁闭正常。

测量受电弓“落弓到位”信号输入至riom b的电压，无输入，排除riom输出故障。检测从车顶受电弓cm01pan连接器到riom的接线1156b号线无断路现象，基本排除线路故障。由电路图知，受电弓升弓到位与落弓到位的信号分别由行程开关k3、k6动作发出，调整落弓行程开关k6，故障消失。 4.2轮径尺寸差异故障 故障现象

ddu显示单节车牵引电制动故障，车体显黄。牵引隔离。 分析处理

下载故障为repeated wheel diameter difference fault，即重复的轮径尺寸差异故障（5分钟内发生3次）。利用mmap软件监测该节车各轴轮径值，发现3轴轮径值与其它几轴轮径对比相差较大。因为轮径值是由牵引软件利用自身速传输入值计算得出，所以首先检查该节车 3轴速传线路，发现cf01m1b1连接器b针缩针，修复。后故障再现，分别对调速度传感器和ccu，故障仍然存在。

将3轴牵引速传至ccu接线重新布置，动态测试，自动校正轮径值后，3轴的轮径仍然异常，且测试人员听到3轴牵引电机工作时有异响，更换此牵引电机后故障消失。

4.3雨刮器电机故障导致列车牵引或惰行时气制动异常施加 故障现象

推牵引或在惰行位时，车辆ddu显示6个制动图标时而黑色（即气制动缓解），时而绿色（气制动施加）。司控台右侧所有制动施加灯和所有制动缓解灯交替闪亮。 分析处理

通过evr记录数据以及试车线测试结果分析，列车在牵引和惰行工况下，制动力异常施加（如下图所示）。

此故障在几个月内频繁出现，总结发现故障都是在司机使用雨刮器后发生。通过mmap软件监测到故障发生时虽然列车在牵引或惰行位，但输入的牵引制动力已处于快速制动力的范围，导致气制动异常施加。由电路图分析，驾驶台dch供电和雨刮器供电均来自110v/24v电源，若雨刮器电机故障，则干扰输入到dch的110v/24v电源，使riom输出到pce和制动控制阀的牵引制动力错误。 更换司机瞭望窗雨刮器电机后故障消失，检测电机存在负线接地情况。

升级版mpu软件中增加了快速制动控制指令信号，防止类似上述现象的发生。必须满足既有快速指令，又达到快速制动力的范围

时列车才能施加快速制动。 4.4司控器电源接地故障 故障现象

mmi黑屏，eb显红且无法缓解，全列车车门无法打开，至少一个接地绝缘故障，ks至on位但驾驶台上各指示灯不亮。 分析处理

模拟正线事件，将司控器的模式开关置限速向后模式时，故障再现，转回断开位，断合tbcb后驾驶台指示灯恢复，将跳开的bgcb复位。司控器的模式开关置其他模式无故障，在另一端司机室测试司控器的模式开关置任意模式均正常，对调两端的司控器后故障转移，更换故障司控器。

检查故障司控器发现ks下部紧固螺母松动，选择模式时转动凸轮会碰到限速向后模式的触点，从而造成110v电源接地。通过主控制器测试台测试，也发现该司控器ms由限速向后至断开位时电源110v变成0v及ks线圈失电，即存在对地短路现象。针对此问题，南延线所有车辆进行司控器整改，涂螺纹紧固胶，重新紧固锁紧凸轮的特殊螺母。 5 结语

牵引系统是日常检修工作的重点之一 ，随着日常工作当中对车辆牵引系统故障的不断发现，以及对故障原因分析的不断深入，使得我们对于车辆牵引系统的运行状态有了更进一步的了解，这对于我们日后完善维修手册和提高实际操作技能有着十分重要的意义。

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。