地铁车辆蓄电池控制电路分析及改进

工业与信息化 TECHNOLOGY AND INFORMATION地铁车辆蓄电池控制电路分析及改进刘振帅 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266700摘 要 基于济南三号线地铁车辆调试过程中蓄电池控制电路存在的问题，本文首先对该地铁车辆蓄电池控制电路的基本原理进行了介绍，后结合蓄电池控制电路设计上存在的问题进行了优化及故障分析，并提出优化改进方案。关键词 蓄电池；电路；继电器前言该地铁车辆属于6编组2单元列车，每组单元由不带动力的头车（TC车）、带动力带受电弓的动车（MP车）和带动力的动车（M车）组成，以TC-MP-M的编组方式连接，两单元对称分布得到TC-MP-M-M-MP-TC的编组连接方式。蓄电池作为地铁车辆辅助供电系统的重要组成部分，在列车发生紧急情况时为列车的照明、通信、控制等设备提供紧急电力，是保证地铁车辆正常运行和维护乘客生命安全的关键设备[1]。蓄电池控制电路作为蓄电池投入和切除的核心控制电路，可在生产调试过程中对蓄电池控制电路的有效性和安全性进行验证，排除其中的安全隐患是生产调试的关键部分，在保证地铁列车运营安全方面发挥了重要的作用[2]。1  原理分析该地铁车辆列车蓄电池共有两组，分别安装两端TC车上，由控制电路完成蓄电池向负载提供电力的控制[3]。蓄电池控制电路的中控开关主要有四个，分别为蓄电池箱内的QFGB和QAGB、继电器柜内的QFGB1、司机室操纵台蓄电池控制旋钮SAGB[4]。蓄电池控制电路在正常状态下，闭合蓄电池箱内的控制开关QFGB和QAGB，闭合继电器柜内的控制开关QFGB1，而后启动司机室操纵台蓄电池控制旋钮SAGB，蓄电池即可向负载提供电力[5]。蓄电池控制电路中主要发挥控制作用的继电器有KABC、KABO、KVGB和KTGB，接触器有KMGB（图1）。下面对蓄电池得电回路进行简要分析。图1 蓄电池控制电路1.1 KABO继电器当KABO继电器得电时，蓄电池将从切除状态转换成投入状态[6]。KABO继电器得电顺序为：蓄电池→QAGB（闭合）→VD22→QFGB1（闭合）→SAGB旋到投入1-2常开出触点位（闭合）→XT35排36针脚→KABO继电器（得电）。KABO继电器得电后其C1-D1常开触点闭合，此时KABC继电器处于失电状态，于是得到KABO继电器的自保持电路为：蓄电池→QAGB（闭合）→VD22→QFGB1（闭合）→XT35排35针脚→KABO继电器C1-D1常开触点（因KABO继电器得电闭合）→VD33→KABC继电器D2-D3常闭触点（闭合）→XT35排36针脚→KABO继电器（保持得电）。1.2 KABC继电器当KABC继电器得电时，蓄电池将从投入状态变换到切除状态。KABC继电器得电顺序为：蓄电池→QAGB（闭合）→VD22→QFGB1（闭合）→SAGB旋到断开3-4常开触点位（闭合）→XT35排40针脚→KABC继电器（得电）。KABC继电器得电后其C1-C2常开触点闭合，此时KABO继电器处于108  科学与信息化2021年3月下失电状态，于是得到KABC继电器的自保持电路如下：蓄电池→QAGB（闭合）→VD22→QFGB1（闭合）→XT3535针脚→KABC继电器C1-C2常开触点（因KABC继电器得电闭合）→KABO继电器A3-B3常闭触点（闭合）→KABC继电器（保持得电）。1.3 KMGB接触器KMGB接触器是蓄电池输出电路接触器（图2）。当KMGB接触器动作线圈得电后，主触点5-6动作完成闭合，蓄电池向负载电路提供电力，辅助触点1-2动作，完成闭合，实现KMGB接触器自保持回路导通。KMGB接触器得电顺序为：蓄电池→QAGB（闭合）→VD22→QFGB1（闭合）→SAGB旋到投入1-2常开触点位（闭合）→XT33排44针脚→VD25→KVGB继电器（得电）→KVGB常开触点（因KVGB继电器得电闭合）→KTGB继电器（得电）→KTGB常开触点（因KTGB继电器得电闭合）→KMGB接触器（得电）。KMGB接触器自保持电路为：蓄电池→QAGB（闭合） TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化合继电器柜内QFGB1开关，将蓄电池控制旋钮SAGB旋到投入位，蓄电池即可向负载提供电力。但在调试试验过程中，蓄电池控制旋钮SAGB旋到投入位后，蓄电池向负载电路短暂供电后便停止供电，且继电器柜内的QFGB1开关自动断开。为确定故障原因，二次将蓄电池控制旋钮SAGB旋到投入位，故障复现并发现蓄电池箱内KMGB接触器的辅助触点出现电火花。初步判断故障原因为KMGB接触器辅助触点损坏，更换KMGB接触器后重新投入蓄电池，故障再次重现。2.2 电路优化为查找故障原因，同时梳理电流走向，保持电路设计的一致性，对蓄电池控制电路进行了优化，调整KABO和KABC继电器的自保持电路接入点（如图3中位置1、2所示）。调整前，KABO和KABC继电器的自保持电路接入点取自车上继电器柜内的QFGB1（图1），而KMGB、KVGB、KTGB的自保持电路接入点取自车下蓄电池箱内的QFGB（图3），调整后使得KABO、KABC、KMGB、KVGB和KTGB的自保持电路接入点均来自QFGB，确保自保持电路的一致性。经过上述调整，蓄电池控制电路如图3所示，此时KABO、KABC、KVGB、KTGB和KMGB的得电电路均未发生变化。KABO继电器的自保持电路变为：蓄电池→QAGB（闭合）→KMGB接触器常开主触点5-6（因KMGB接触器得电闭合）→QFGB（闭合）→XT33排48针脚→XT35排35针脚→KABO继电器常开触点C1-D1（因KABO继电器得电闭合）→VD33→KABC继电器常闭触点D2-D3（闭合）→KABO继电器。KABC自保持电路变为：蓄电池→QAGB（闭合）→KMGB接触器常开主触点5-6（因KMGB接触器得电闭合）→QFGB（闭合）→XT33排48针脚→XT35排35针脚→KABC继电器常开触点C1-C2（因KABC继电器得电闭合）→VD44→KABO继电器常闭触点A3-B3→KABC继电器。KVGB、KTGB和KMGB的自保持电路变为：蓄电池→QAGB（闭合）→KMGB接触器常开主触点5-6（因KMGB接触器得电闭合）→QFGB（闭合）→XT33排48针脚→KABC继电器常闭触点A2-A3（闭合）→KMGB接触器常开辅助触点1-2（因KMGB接触器得电闭合）→116E→KVGB继电器→KVGB常开触点（因KVGB继电器得电闭合）→KTGB继电器→KTGB常开触点（因KTGB继电器得电闭合）→KMGB接触器（得电）。105A35→KMGB接触器的常开主触点5-6（因KMGB接触器得电闭合）→QFGB（闭合）→KABC继电器的常闭触点A2-A3（闭合）→KMGB接触器的常开辅助触点1-2（因KMGB接触器得电闭合）→116E→KVGB继电器（得电）→KVGB常开触点（因KVGB继电器得电闭合）→KTGB继电器（得电）→KTGB常开触点（因KTGB继电器得电闭合）→KMGB接触器（保持得电）。图2 KMGB接触器因此，负载得电的顺序如下：蓄电池→QAGB（闭合）→KMGB接触器常开主触点5-6（因KMGB接触器得电闭合）→负载电路。这是该地铁车辆蓄电池通过控制电路完成向负载提供电力的初版方案。1.4 KVGB继电器KVGB继电器是欠压继电器，主要作用是当蓄电池电压降到设定值后，KVGB继电器触点动作，断开KTGB继电器所在控制电路，切断流经KMGB接触器的电流，从而使KMGB接触器失电，断开KMGB接触器5-6主触点，阻断蓄电池向负载提供电力。KVGB继电器的得电电路顺序和自保持电路顺序可以分别对应的从KMGB接触器的得电电路顺序和自保持电路中得出。1.5 KTGB继电器KTGB继电器是时间继电器，主要作用是当KVGB继电器失电后，延时切断触点使KMGB接触器断开。KTGB继电器的得电电路顺序和自保持电路顺序可以分别对应的从KMGB接触器的得电电路顺序和自保持电路中得出。2  故障分析及优化2.1 故障描述正常情况下，蓄电池箱内的QAGB和QFGB开关闭合，闭105D XT33XT352SAGB105GGBCB114B114106D108CXT33C1248KABOD1VD33QFGB113BVD25D3D1VD22-KTGB-KVGB116E113AQAGB-KMGB1131-KMGB2D2PT100115AKABCKABOXT35XT3545-KMGB56-KVGB-KTGBKABOKABC101负载图3 优化电路科学与信息化2021年3月下  109B3A3105F1A2KABCVD44A3A1C2KABCC3C1105HQFGB1XT33444311工业与信息化2.3 原因分析观察KMGB接触器动作过程发现，在KMGB接触器的线圈动作初始时，辅助触点已达到闭合状态，而主触点尚未闭合，辅助触点早于主触点闭合约5毫秒。基于上述触点动作顺序的基础上，重新分析蓄电池控制电路中的电流走向，蓄电池向负载短暂供电的电路为：蓄电池→QAGB（闭合）→VD22→QFGB1（闭合）→SAGB旋到1-2常开触点（闭合）→XT33排44针脚→VD25→116E→KMGB常开辅助触点1-2（因KMGB接触器得电闭合）→KABC继电器A2-A3常闭触点（闭合）→QFGB（闭合）→负载（得电）。分析发现蓄电池向负载短暂供电时，电流并没有经过KMGB接触器主触点5-6，而是通过其常开辅助触点1-2直接向负载提供电力，即蓄电池控制电路中发生了电流串路的现象，导致QFGB1开关中流经了较大的电流，超过了QFGB1开关允许通过的最大电流值。因此QFGB1开关因自动保护而断开，同时 TECHNOLOGY AND INFORMATIONKMGB接触器的辅助触点出现电火花异常。2.4 改进方案A针对蓄电池控制电路中发生的电流串路问题，可通过加入二极管来调整电流流向。如图4中位置3所示，添加二极管VD55，阻断蓄电池通过KMGB接触器的辅助触点1-2和QFGB1开关直接向负载电路提供电力，得到了改进方案A。对上述改动进行调试验证，改进方案A中蓄电池可向负载电路稳定供电，证明了改进方案A的可行性。2.5 改进方案B针对KMGB接触器辅助触点1-2早于主触点5-6闭合的特性，调整流入QFGB开关电流顺序，如图4中位置4所示。改进后的蓄电池控制电路中，KMGB主触点5-6将是蓄电池向负载提供电力的唯一通道。对上述改动进行调试验证，改进方案B中蓄电池可向负载电路稳定供电，证明了改进方案B的可行性。图4 改进方案（上：A，下：B）3  结束语针对地铁车辆蓄电池控制电路调试过程的异常问题，本文首先对蓄电池控制电路进行了原理分析，优化调整了蓄电池控制电路，统一KABC、KABO、KVGB、KTGB和KMGB的自保持电路接入点。在此基础上对故障原因进行了分析，并给出两种改进方案：添加二极管VD55的优化方案A和调整流入QFGB电流顺序的优化方案B，通过试验验证了两种方案可行性，满足了蓄电池通过控制电路向负载正常稳定供电的要求。参考文献[1] 龙源. 基于安全导向的地铁蓄电池电力工程车主从选择电路:第十七届中国科协年会——分7综合轨道交通体系学术沙龙论文集[C].中国科学技术协会、广东省人民政府:中国科学技术协会学会学术部,2015:110  科学与信息化2021年3月下387-389.[2] 何斌.深圳地铁1号线续建工程列车蓄电池充电机应急启动板高压输入电路的改进[J].科技创新与应用,2014(23):184.[3] 罗学峰,王梁.地铁车辆蓄电池激活电路分析及整改[J].轨道交通装备与技术,2014(4):34-35.[4] 吴美玲.广州地铁二、八号线车辆蓄电池馈电故障分析及处理[J].技术与市场,2013,20(6):25-26.[5] 查小菲,唐朝辉.地铁车辆供电蓄电池合理选型分析[J].中国新技术新产品,2013(5):148-149.[6] 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