郑州地铁1号线列车牵引控制单元供电继电器故障分析及解决措施

郑州地铁1号线列车牵引控制单元供电继电器故障分析及解
决措施
杨伟;刘腾飞
【摘要】简要描述了郑州地铁1号线列车在库内和运营中多次出现的牵引图标显红故障,通过调查分析发现为牵引控制单元供电继电器工作异常,对继电器进行检查发现回路中瞬间电流过大,导致触点烧融,而后对该继电器进行重新选型,目前运营效果良好,大大减少了故障影响.
【期刊名称】《技术与市场》
【年(卷),期】2016(023)011
【总页数】3页(P12-14)
【关键词】郑州地铁1号线;牵引故障;继电器;故障分析
【作者】杨伟;刘腾飞
【作者单位】郑州市轨道交通有限公司,河南郑州450046;郑州市轨道交通有限公司,河南郑州450046
【正文语种】中文
郑州地铁1号线列车通信控制系统(TCMS系统)采用了西门子开发的SIBAS32系统，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高效运行外，硬件的质量保障更是可靠运行的前提。

目前列车电路主要分为无接点电路和有接点电路。

无接点电路主要指以列车、车辆总线及微机单元等控制部件为主的电路，有接点电路指以开关、按钮、继电器等带有关闭
接点的元器件为主的电路。

其中继电器是有接点电路中最普遍也是最重要的元件，其工作状态直接影响着地铁列车的安全运营。

前期列车在库内进行日常维护时，牵引图标红点的故障时有发生，且又很快消失，由于故障现象不易捕获，无法判断故障原因，也未引起技术人员重视。

直至正线连续出现此现象后，通过技术技术人员的不懈努力，最终判定ICU供电继电器异常。

本文即以郑州地铁1号线一期项目中出现的牵引控制单元供电继电器故障进行分析讨论。

继电器由线圈和触点两部分组成，线圈为控制元件，触点承担控制线路变化作用，即当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃性变化。

通俗讲，就是通过小电流控制大电流的“自动开关”。

因此，其具有转换电路、自动调节、安全保护的作用。

导致继电器故障的常见原因有：①继电器防尘较弱，灰尘进入堆积，导致继电器线圈的电不吸合、失电不断卡故障。

②继电器触点材质较差，表面氧化，化学腐蚀导致接触电阻变大。

③继电器设计功率不满足实际负载要求，导致触点焊接，烧损或触点电阻快速增加等问题。

TCU 是牵引逆变器的主处理器，是牵引逆变器的主要控制单元。

其功能有：①牵引逻辑控制功能。

接受外部控制命令，综合各种因素进行逻辑判断，输出数字信号控制各接触器、继电器等的通断，实现逻辑控制。

②变流器实时控制功能。

接收电压、电流、速度等采样信号，输出PWM脉冲，实时控制电机，实现电机的高动态响应。

③特性控制功能。

通过牵引给定力和电制动给定的计算、空电配合、牵引/电制动曲线控制，实现列车的牵引和制动。

④粘着利用功能。

通过空转滑行的检测和控制，使粘着利用效率最大化。

⑤与列车网络设备通信功能。

⑥故障记录、诊断和保护功能。

可以实时监测逆变器及TCU的故障，记录故障波形数据，并向列车控制与诊断系统上传故障信息，记录故障日志，TCU故障数据。

2015年11月28日6:36 分，10502次(0115车)列车在郑州东站ATO模式上行
出站产生FSB，5B车出现牵引红点。

司机分合高速断路器后，故障消失，以ATP 模式动车后，恢复ATO模式运行。

6:38分在东风南路站上行进站前产生FSB，HMI再次显示5B车牵引电机图标红点，司机再次分合高速断路器后，以ATP模
式动车。

6:41 分在农业南路上行进站前再次出现 5B 车牵引电机图标红点，列车
停稳后自动消失。

6：46分行调组织该车在会展中心站清客，清客后，以ATP模
式运行至民航路站存车线存放。

该故障造成未完成单程1列，清客1列，下线1列，加开空客车1列。

专业技术人员至存车线登车后，发现车辆故障消失，牵引自检成功，下载VCU故障记录。

VCU 故障数据见图 1所示，CCF数据显示01155车在各个故障时间段
多次重复出现高速断路器严重故障、牵引系统严重故障。

TCF数据显示01155车TCU与VCU出现MVB通信故障、TCU与ICU通信故障、ICU封锁高断、禁止
方向指令改变等，无法判断故障具体原因。

列车回库后，重新检查车辆发现牵引正常，检查TCU及其供电插头和通信连接插
头均无异常。

下载TCU数据，见图2所示，TCU 故障记录与VCU中 TCF 记录基本一致。

查找SIBAS G控制逻辑，无相应逻辑控制说明，初步判断为TCU工作不可靠或TCU供电继电器供电异常。

根据经验判断TCU工作不可靠，更换TCU。

将TCU更换后，复位MVB，牵引自检正常，保持列车激活状态过程中牵引电机
图标突然再次显红，而后迅速消失。

重新激活列车，牵引自检时5，车再次出现牵引电机图标红点，检查TCU发现其相应指示灯均灭，因此可以判断其供电异常，
而非TCU故障。

TCU由DC110V通过继电器=23-K218的3对触点进行供电，
供电电路见图3所示。

此次故障发生时发现此继电器=23-K218为吸合状态，使
用万用表测量第一个触点电压正常，触点电压为DC110V。

在测量第二个触点时，故障现象突然消失，牵引正常。

所以判断其后续触点工作不可靠，导致 TCU 供电异常，致使出现多次牵引电机图标显红并自动消失的故障现象。

更换该继电器后，多次重新激活列车，做牵引自检，车辆正常，后期运营中故障也再未发生。

将该故障继电器发往厂家进行分析，拆解后发现其有触点烧熔(图4)，结合回路电
流测试结果(图5)及基于同一平台的其他地铁项目上相同回路测试情况判定为西门
子牵引控制单元冲击电流过大，导致触点烧熔，造成触点接触不良所致。

在ICU供电回路继电器选型匹配方面，目前采用西门子3RT1017系列继电器，三对主触点串联的分断电流容量仅能够
满足该回路负载的正常供电。

而根据西门子文件所述，ICU控制供电实际为24V，整车所给的110V电源需经变压器转成24V，故ICU供电回路实际所带负载为变
压器，结合回路电流测试结果可知，在闭合分断HSCB等时回路存在线路冲击，
引起所带负载的冲击电流过大，会造成在短时热量累积烧损触点，甚至于触点烧熔。

综上，应对该继电器进行重新选型，以满足实际需求，将ICU供电继电器由西门
子3RT1017系列更换成施耐德LC1D32系列，两种继电器的主触点参数对比如图6、图7所示。

牵引系统作为列车的动力核心，硬件设备的稳定性在很大程度上确保了运营的正常开展。

通过对牵引控制单元供电继电器整改，有效降低了继电器异常导致牵引故障的概率，并且改造后未再出现类似故障，说明该整改有效可行，同时对后续新车采购提供了技术参考。

【相关文献】
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