地铁电客车轮对打滑引起牵引异常的分析

摘 要：本文对沈阳地铁电客车轮对打滑引起牵引系统异常的事件进行了详细的分析，为后续电客车系统的故障排查提供了一定的指引。

关键字：地铁 电客车 轮对打滑 牵引异常

中图分类号：U231+.2 文献标识码：A 文章编号：

The analysis of the traction abnormal caused by

the wheel slippage of the Metro electric train

Fei Liangfei 1 Xiu Liang 2

The operating branch of ShenYang subway Group Limited company

Abstract: This paper analyzes the events that the traction abnormal Problem caused by the wheel slippage of the ShenYangSubway electric train, and can provide some guidelines for subsequent troubleshooting of electric bus system.

Keywords: Metro; Electric train; Wheel slip; Traction abnormalities

一、事件概况

2012年12月22日，早8时20分至11时30分期间，沈阳地铁某线多次列车在一固定区间连续报DCU牵引模块逆变过流故障，之后列车控制和诊断系统（TCMS）显示牵引逆变器（VVVF）变为灰色，伴随有牵引力及制动力不足现象，出前方站后恢复正常。

其中一列车（虚拟车号为220）在该区间TCMS显示2车、5车VVVF均为灰色，停车对高速断路器（HB）复位后牵引力恢复但较小，虽以最大级位牵引但仍只能以最高10km/h左右速度运行，1.2公里的区间共运行10余分钟，出前方站后恢复正常。

二、原因分析（以220车故障为例）

沈阳地铁的电客车系统采用的是三动三拖编组方式，每辆动车有一台VVVF逆变器柜，柜内有2个逆变器模块，每个逆变器柜向4台交流牵引电动机供电，但逆变器未实现独立控制，实际上采用的是车控方案。

因为是多列车在同一区间报相同的故障，因此在初期怀疑是供电系统异常影响了列车的正常运行，通过调取电客车事件记录仪（ERM）数据（如图1）分析，网压虽有波动，但未见明显异常之处。

9时14分，供电检修人员回复接触网供电正常，工务检修人员回复线路无异常。供电检修人员在检查回流装置后未见异常。

图12012年12月22日上午11点至11点10分之间ERM记录

图2 故障统计汇总

在对TCMS系统的故障记录（如图2）进行仔细分析后，事件的原因逐渐清晰：

1、TCMS显示VVVF为灰色

按照电客车的控制逻辑，从安全角度考虑，当检测到牵引控制单元（DCU）逆变过流时，前三次TCMS可自行恢复，第四次时，将发出DCU封锁指令，封锁后TCMS显布显示VVVF为灰色，从图2中可以看出2车、5车VVVF相继被封锁。

2、牵引力较小

如因逆变过流造成DCU封锁或电机空转均会造成牵引力不足。

1）复位之前

从图1及图2中分析得出，列车从始发站发车，在11：56：28时，运行速度35.4km/h，电客车制动时产生滑行，制动期间2车和5车DCU在11：56：42后相继产生逆变过流，11：57：36秒时，2车DCU封锁，10：58分，第一次区间停车。

11：00：09秒，动车，此时2车已封锁；11：00：31，5车DCU封锁，牵引级位时速度下降，期间反复换牵引级位速度仍处于下降状态，11：01：45秒，第二次区间停车。

2）复位之后

11：02：59，进行了HB复位操作，牵引系统恢复正常，11：03：14，动车，11：03：18秒，车辆启动，因为空转现象严重，最高速度仅能达到12.7KM/h，在此时如用P3、P4大级位牵引，无法提高牵引力和运行速度。期间2车和5车共报3次过流，未形成封锁。

11：05：14，区间短暂停车。11：06：59，车辆到达前方车站。

3、DCU逆变过流

经过对220车DCU逆变过流故障的波形（如图3所示）分析发现，因DCU粘着程序检测出空转滑行调节力矩，使DCU发挥的牵引/电制动力矩、电流电流、电机综合速度在故障前短时间内波动较大。

对ERM故障记录波形（如图4所示）分析发现，列车报逆变过流故障时一定伴随有轮对的滑行，因此确定逆变过流故障与空转滑行有必须的联系。

当列车发生轻微空转滑行时，转子与定子的电流同转速的关系分析如下：

T=KTΦI2cosψ2

式中：

KT是一常数，它与电动机的结构有关。

Φ=，在滑行瞬间电机处于恒转矩调速阶段，磁通Φ和转矩T都近似不变。cosψ2=，因空转瞬间转子转速迅速提高，转差率s变小，其它值为固有属性不变，cosψ2值变大，因此转子电流I2是变小的。

再根据公式T=9550*P2/n

T为转矩近似不变，n是转速提高后，电机的输出功率P2必须提高，根据变压器原理，定子（原边）线圈输出功率P1≈P2，在空转瞬间功率提高，电压不变的情况下，电流必须然升高，当电流超过保护门槛值时，则会导致逆变过流保护，以防止大电流对牵引电机及逆变器造成损伤。

从电机控制角度，防空转控制是DCU通过减少力矩输出抑制空转滑行加剧，如果空转滑行加剧将导致输出在四根动轴上的力矩不平衡，从而导致某根动轴力矩及电流相对较大，对于车控列车，由于DCU统一对四根动轴进行空转滑行保护，所以保护效果比架控车（统一对两根轴进行空转滑行保护）及轴控车（统一对一根轴进行空转滑行保护）要差，因此出现逆变过流概率较架控车及轴控车大。

图3 逆变电流故障波形

图4 电制动滑行状态

沈阳地铁二号线列车从2011年底载客运行至今经历了严寒及酷暑的考验从来没如此高频率出现空转滑行现象，且列车运行于地下隧道，隧道内温度变化不大，常年处于零上温度，因此隧道内轨面粘着条件受天气影响较小，因此此故障的直接原因应该是当天的轨面异常引起，当天轨面可能由于特殊原因存在粘水沙、粘油等影响粘着的情况，而由于始发站与前方站之间有两个30‰的坡度，坡度较大将导致空转滑行的机率增加，空转滑行瞬间提高了电机转子电流，DCU产生了保护并实施了自我封锁，致使牵引系统异常的发生。

结束语：预防措施

1、列车应以小级位起车（P1、P2）或制动，逐渐提高级位，尤其是在雨雪天气等坡道线路上运行时；当日未出现过流的三列车通过ER记录分析，牵引及制动级位推动都很平缓；

2、如果制动过程中多次出现逆变过流故障，可将电制动切除。