地铁牵引控制系统探讨

高伟

高伟

苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司江苏苏州215000

摘要：苏州轨道交通1号线牵引系统由牵引西门子提供，采用技术十分成熟和稳定的无速度传感器的矢量控制技术，牵引电机为三相鼠笼式异步电机。采用完全荣誉的MVB车辆总线的网络控制方式。本文通过分析地铁牵引控制系统，有着非常重要的现实意义。

关键词：城轨车辆；电力牵引

一、理论基础概念

现阶段，多数的轨道交通车辆属于钢轮钢轨式，运行中的所有工况，都依靠车轮与钢轨的相互作用力，牵引动力由牵引电机通过传动机构传给动车的动轮，由车轮和钢轨的相互作用力，产生使车辆运动的反作用力。牵引力是使动车产生前进的力，作用方向与列车的运动方向相同，大小可以根据需要由司机控制，同时牵引系统必须有防空转设计。

（一）牵引特性

城市轨道车辆在运行当中，在每个站间区，都有三个典型区域构成：牵引加速区、惰行区、制动减速区，必须具有三种基本的牵引特性：恒转矩特性、恒功率特性及自然特性。

（二）牵引控制原理

牵引系统为微机矢量控制的变频变压（VVVF）三相异步交流传动系统，逆变器与牵引电机的配置为1C2M方式，具有牵引、再生制动、电阻制动功能。采用电制动与空气制动混合运算的控制方式，电制动优先，空气制动补足。

牵引系统具有防空转及防滑保护功能。每辆动车牵引系统配置由两台VVVF变流器、一台制动电阻、4台牵引电机及机械传动系统成。其均安装在车底架的T型槽上，在设备安装处的底架上设置接地螺栓，保证设备接地的可靠，而牵引主电路如下图所示。

VVVF变流器控制高速断路器的开断与闭合。驾驶室设置开关指令通过VCU进行高速断路器的开断与闭合测试。牵引电机额定功率为190kw。列车正常牵引或者制动时，由司控器或者ATC发出电压模拟信号给VCU进行处理后换算成加速度，进而使列车牵引或者制动。

二、牵引逆变器基本功能

牵引逆变器系统的功能是：把电网的直流输入电源转变为一个电压可变频率可变的（VVVF）三相交流输出给感应式牵引电动机（牵引工况）。将感应式牵引电动机的动能转换为适合于通过电网再生的直流电源（制动工况）。

（一）制动斩波器电路

吸收电阻制动产生的电能或接触网产生的浪涌电压。在从接触网断开后快速释放直流回路电容的电能。制动斩波器电路包括制动斩波模块TB和制动电阻器R3，制动斩波器可以限制直流回路的电压，当接触网上不能吸收电制动产生的能量时，当打开制动斩波器，多余的能量会被消散在制动电阻上，直流回路的电压保持不变。

（二）VVVF电路

包括两个可开关的主元件（IGBT），其反并联的续流二极管包含在IGBT模块中，共有3路。将直流电转变成电压幅值和频率可变的三相交流电，来驱动交流电机。

三、牵引控制电路

（一）牵引控制回路

地铁系统受电弓将接触网的1500DVC通过高压箱经过牵引逆变器接通牵引电机传动，升弓状态下，网络输出闭合高速断路器的指令，在司机台设置“HSCB闭合”、“HSCB断开”两个按钮，可以手动断开闭合高速断路器，其中，两个隔离开关都处于车间电源位时，WOSEBR才得电，高压箱的隔离开关有三个位置，接地隔离位，受电弓位，车间电源位，将隔离开关打到受电弓位置列车才能牵引动车。HSCB是一个单极直流、带有电磁控制和自然冷却的双向断路器。用于在检测到过电流之后作出非常迅速的反应，在极短时间内分段受电弓高压部分与牵引逆变器的连接，保护牵引逆变器。

牵引逆变器控制单元ICU由列车DC110V正常供电母线供电，并配置2个断路器TICB1TICB2保护，逆变器冷却风扇由列车AC380V中压供电，并配置断路器TICFCB1TICFCB2保护，VCU对以上两个断路器状态进行监控。

牵引逆变器接受提供的信号：接受来自列车紧急制动回路的紧急制动状态信号，一旦紧急制动被触发，ICU立即封锁IGBT脉冲。接受两路来自网络MVB总线信号。提供闭合HSCB的一部分前提条件信号及断开HSCB的信号。

（二）牵引授权电路

因制动指令的优先级高于牵引指令，牵引列车线及制动列车线同时得电是列车进行牵引的前提条件。左侧是牵引列车线，右侧是制动列车线。

正常情况下，只有下述条件均满足时牵引被允许：

ATP正常运行，ATPFS打到N位；列车所有门关好DIR闭合；没有车间电源供电；所有停放制动缓解；没有快速制动指令；没有紧急制动被触发；

当ATP故障或车门故障的时候，ATPFS打到I位，列车所有门关好DIR闭合或者将门故障的门状态隔离开关DBPS打到I位；没有车间电源供电；所有停放制动缓解；没有快速制动指令；没有紧急制动被触发EBK1EBK2常开触点闭合。

门关好状态继电器常开触点旁并联了列车零速继电器的常闭触点，以避免此抖动现象导致的牵引封锁。

（三）紧急牵引

紧急牵引采用牵引、制动列车线作为指令，触发固定的加速、减速度，不依赖于模拟量信号。将EMTS打到紧急牵引，SKS模块接受紧急牵引信号通过列车线送给另一单元的SKS模块备份，VCU激活紧急牵引模式。EMTS电源正线端配置断路器EMTCB保护，并且串联继电器COR3常开触点以保障当前司机室对开关的操作有效。

四、牵引系统故障诊断分析软件

（一）Minitor32软件是一款用户监控器

根据下面minitor下载的故障数据，

Car：12402

CDC：42：HSCBseriousfault

Occured：10.07.201319：41：20

Gone：10.07.201319：41：21

可以分析出，故障车辆为0124车MP1车；故障代码为42；故障内容为告诉断路器严重故障；故障发生时间：10.07.201319：41：20；故障消失时间：10.07.201319：41：21

（二）牵引系统严重故障快速处理指南

一个牵引逆变器严重故障图标显红继续运行，在站分合高速断路器，不管故障是否消除仍然继续运营。在终点站断合故障车牵引逆变器控制电源断路器TICB，如故障消除，继续运营，如不能恢复，则退出服务。

两个牵引逆变器故障图标显红，在站分合高速断路器，无效则检查并断合故障车牵引逆变器控制电源断路器TICB，若故障消除，则继续运营，若故障无法消除，重新配置网络（按住MRPB直至MMI黑屏后松开），如故障消除，继续运营，如不能恢复，在站退出服务；超过两个牵引逆变器故障图标，则申请救援。

五、结束语

现今，发展中国家城市轨道交通已然成为成网的世纪，优先发展城市轨道交通为骨干的城市交通系统，解决城市的交通问题，已成为世界各地的共同目标。所以城市轨道交通的牵引控制系统方向的研究显得极为重要，本文具体论述了牵引控制系统的结构组成及具体控制功能，以及故障应急处理能力。为更好地了解城市轨道牵引控制系统做了铺垫。

参考文献：

[1]谭秀炳．交流电气化铁道牵引供电系统．成都：西南交通大学出版社，2007．3

[2]王书林赵茜.电力牵引控制系统。