浅谈有轨电车充电装置检修

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　　【摘 要】论文通过对有轨电车充电装置的保护功能、自动充电射频方案以及柜体设计等系统构成和原理的了解和分析，探究有轨电车充电装置的检修与维护，包括外观、故障保护装置、输出过压故障、辅助装置、自动控制以及超级电容故障等方面，希望能够为实现现代有轨电车自动充电提供有效的技术支持。
　　【Abstract】Through the understanding and analysis of the protection function， automatic charging radio frequency scheme and cabinet design of the charging device of tramcar， this paper explores the inspection and maintenance of the charging device of tramcar. It explores the maintenance and repair of the charging device of tramcar， including appearance， fault protection device， output overvoltage fault， auxiliary device， automatic control and supercapacitor fault， and so on. It is hoped that this can provide effective technical support for realizing the automatic charging of modern tram.
　　【關键词】现代有轨电车；充电装置；检修维护
　　【Keywords】modern tram； charging device； maintenance
　　【中图分类号】U482.1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）03-0174-02
　　1 引言
　　随着时代的发展，储能式现代有轨电车目前越来越受到市场的认可，该新型轨道交通采用站台短时大功率充电的方式对车载电源进行电能补充，地面充电装置则通过自身电源转换功能将前级电网电源变换为满足现代有轨电车需求的电源。在实际应用过程中，现代有轨电车充电均采用自动充电方式。
　　2 充电装置系统构成及原理
　　2.1 充电装置的保护功能
　　充电装置系统具备输入欠压、过压、过流保护，输出过压、过流软件保护；在系统输入、输出侧设置快熔过流保护；在输出侧设置chopper装置硬件过压保护。能够为充电装置本体、充电装置至充电轨之间电气故障和异常运行方式提供有效的保护功能。同时充电装置还设置了通信故障保护、过热故障保护、急停故障保护、系统故障保护、系统告警故障保护等保护功能。
　　2.2 自动充电射频方案设计
　　有轨电车站台充电系统为非接触式检测，同时须具备双向检测及过站检测功能。采用成熟的RFID射频识别技术，为非接触式自动识别技术。通过安装地面读卡器及配套的电子标签，可识别高速运动物体并能同时识别多个标签。该识别方式在电力机车、物联等领域有着广泛的应用。
　　RFID系统由标签、读卡器及天线三部分构成。其中标签附着在车辆顶部指定位置用于识别目标对象，读卡器固定于站台指定位置用于读取标签信息设备，天线与读卡器相连用于在标签和读卡器间传递射频信号。
　　充电装置的工作流程如下：在有轨电车进站时，从受电器到达导电轨端部开始计算，车辆前进2.3m受电器接触导电轨，此时充电系统检测到储能电源电压进入充电准备阶段；当车辆继续前进3.4m时，标签被读卡器探测到，充电系统开始充电；列车离站时，标签进入读卡器检测范围，发出切断信号，充电系统关断输出。
　　2.3 充电装置柜体设计
　　三亚项目处于高湿度、高盐雾地区，防凝露和盐雾最有效的途径是切断柜内与柜外空气的交换，整柜采用全密闭无直接热交换的防盐雾防潮湿设计方案。同时考虑到沿海环境，对柜体进行了防台风、防雷、防霉、防振动、防冲击等方面的设计。
　　3 充电装置高发故障统计分析
　　根据广州有轨电车2018年全年的统计与记录，充电装置发生的主要故障如下：2018年充电系统硬件故障一共52起，其中以射频装置故障、指示灯/照明故障以及线路故障占比最大，分别为31%、10%和11%。
　　①射频装置组件的故障次数为19次，占硬件故障总数的31%。②AC/DC模块故障次数为4次，占硬件故障总数的6%。③接触器的故障次数为4次，占硬件故障总数的6%。④传感器故障次数为3次，占硬件故障总数的5%。⑤电压表的故障次数为2次。⑥线路问题导致的故障次数为7次，占硬件故障总数的11%。⑦充电轨的故障次数为1次，占硬件故障总数的3%。
　　4 充电装置检修与维护
　　根据广州有轨电车充电装置的常见故障分析，三亚有轨电车开展预防性的检修维护。
　　4.1 充电装置外观检查与小修
　　每日安排值班人员根据充电装置巡检日志开展各站充电装置及充电轨巡视检查。
　　每月开展充电轨测量及射频装置组件功率测量检查。
　　每半年按照维护手册开展充电装置小修。
　　4.2 充电装置故障保护检查与维护
　　定期检查充电装置短路保护、过流保护、过压保护、故障输出等保护功能是否正常，通过显示屏或上位机软件检测充电装置电压、电流、温度、外部逻辑等状态是否正常，同时，通过以太网向总控室发送相关工作状态的必要数据。
　　模拟充电装置各类故障模式，按要求对充电装置故障保护功能进行检查与维护，模拟充电装置各类故障模式进行试验，若故障保护功能按规定要求正常动作，视为保护功能正常 　　4.3 辅助装置检修与维护
　　对充电辅助装置中的冷却风机进行旋转方向检查，确认所有风机转向是否正确，风机与其他部位有无干涉，对工业空调进行启动检查，保证所有空调能正常工作。对照明回路控制电源开关加入AC220V电源，开关各门，检查照明灯的开关状态，门开灯亮，门关灯灭[1]。
　　将温控器的温度设定为环境温度范围之内，通过调节设定温度范围，使温控器动作，检查各继电器输出接点是否正确。加热板加入额定工作电压，检查是否运行正常。
　　核对UPS主机与电池之间的连线，电池正负极之间连线尤其需要注意防止短路。線路核对完全后，在UPS市电输入侧接入AC220V电源，观察UPS充电和运行是否正常，用万用表测量UPS各输出接点与图纸的符合性，验证完成后模拟试电和电池故障，检查输出信号正确性，测量输出电压稳定性和精度。
　　4.4 充电装置自动控制性能检修与维护
　　检查车辆运行各个阶段充电装置的充电功能是否正常运行：
　　车辆进站：模拟给定车辆进站信号，充电装置开始工作，模拟储能电容充电至额定电压值，充电装置停止充电。
　　车辆越站：在充电过程中，模拟出站信号，充电装置应停止充电。
　　急停信号：模拟给定车辆进站信号，充电装置开始工作，此时按下急停按钮，充电装置应停止充电并报警。
　　射频卡故障：不给出车辆位置信号，在持续监测到储能电容电压5S后，充电装置开始工作，储能电容充电至额定电压值，充电装置停止充电。
　　4.5 超级电容故障检修
　　三亚有轨电车超级电容为每列车配备4组超级电容箱，其中超级电容箱I和超级电容箱II各两箱。I型超级电容参数为256F，最大充电电流为340A（20s）；II型超级电容参数为389F，最大充电电流为510A（20s）[2]。为了确保充电过程中电容的安全充电，需要在电池充电过程中判断四组电容是否均正常工作，如果有异常情况，及时降低充电电流，确保电容安全工作。
　　超级电容故障检修主要是根据超级电容的电压时间曲线，1700A的电流给1组电容充电与4组电容充电时，电压上升速率是不同的；通过计算一定时间范围内电压的上升速率来判断四组超级电容是否正常工作。
　　通过搭建仿真模型对电容进行恒流充电，有轨电车进站初步采用1700A进行测试，测试时间为3秒，测试完成后，确定是否使用1700A继续充电，还是按照仿真模型3秒内的测试电压范围进行降电流实验，以此判断是否超级电容存在故障。
　　车辆进站充电装置启动恒流充电，充电过程分为两段，一段为电流爬坡，一段为1700A恒流充电。电流爬坡阶段规定在给定的时间1s电流由0A上升至1700A，保持在1700A恒流充电前5s为电容系统状态判断，在规定时间5s内采集0.5s、1.5s、2.5s的三个电压值，作为电压所处范围的判断依据；如果车载超级电容初始电压616V，电压上升定值大于610V，则表示4组电容均正常，否则有不正常电容组，电流给定降为750AQ（两个阶段的划分可以采集实际电流值，如果实际电流值达到1700A，则表示进入1700A的恒流充电，否则为爬坡阶段）。
　　5 结语
　　本文针对储能式现代有轨电车地面充电装置的系统构成、功能、系统保护等方面进行了阐述，根据现场应用条件与需求，研究出一种智能匹配、自动检测与系统保护功能兼备的充电装置，有效解决了过去大功率地面充电装置充电可靠性低、对电网冲击大、弓网拉弧等问题，并且向更加可靠性、智能化，与电网及终端车辆适应性更强的方向发展。
　　【参考文献】
　　【1】徐晖，邵宜祥，苏秀娥，等.大功率交错并联在有轨电车充电装置中的应用[J].电力电子技术，2018（03）：15.
　　【2】戎琳，田炜，孙祖勇，等.超级电容有轨电车充电装置系统研究[J].电力电子技术， 2017（10）：76-78.
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