中车长春轨道客车股份有限公司 吉林省长春市 130062
摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，动车建设越来越多。为降低高速动车组电制动失效的故障率，首先对高速动车组电制动的控制原理进行分析，根据典型故障数据分析及现车测试，确定电制动失效原因；其次，分析在牵引和制动工况下电制动失效对车辆的影响；最后，通过调整牵引控制单元（TCU）控制软件中的网压限制电制动力输出参数，提高电制动的可靠性。
关键词：动车组；电制动；失效分析；网压参数
引言
为避免高速动车组在制动过程中出现滑行，动车组设置电制动防滑装置和空气制动防滑装置。制动系统作为动车组的重要组成部分，是车辆安全运行的可靠保证。制动控制系统为间接作用式制动系统，各系统遵循故障导向安全的原则，且满足UIC系列标准的要求。本文通过对高速动车组电制动失效的分析，确定故障原因，制定有效的改进措施以降低电制动失效对车辆产生的影响。
1电制动
电制动主要有电阻制动和再生制动两种。这两种制动都是由列车的动轮带动动力传动装置（牵引电机），使其产生逆作用发电，将列车的动能转换为电能，再变成热能消耗掉或反馈回电网。当动车组进行电制动时，将电能反馈回电网，其他处于牵引状态的车辆则可以直接使用该电能，达到节能的目的。但是当电网电压达到一定值时，动车组产生的电能无法再反馈回电网，需要通过制动电阻消耗热能。因为动车组的电制动功率较大，而一般制动电阻值在3Ω左右，如果动车组的电制动能量靠制动电阻来消耗，则会产生较大的电流，同时动车组常用制动过程的时间也较长，会损坏制动电阻。
2电制动失效条件
高速动车组电制动失效的条件如下：①当动车组在制动状态时逆变器关闭；②当动车组在电制动状态下，输出功率小于预设电制动功率的50%时，延时3s电制动失效；③制动变阻器的温度超过600℃；④互锁阀故障；⑤牵引辅助变流器冷却液超过70℃。根据时速250km动车组技术条件和设计要求：高速动车组在TCU软件中设定了接触网网压与输出功率的关系曲线，网压在29．0～31．5kV间输出功率线性下降至零，此时动车组逆变器停止工作，牵引电机不再输出功率。同时，根据电制动故障条件，当动车组在电制动状态，输出功率小于预设电制动功率50%时，延时3s电制动失效。
3高速动车组电制动失效改进措施
3.1在开车之前针对系统进行检查
动车组没有出发的时候，需要应用手动或者自动的方法对制动系统予以测试，这样能从一定程度保障动车组制动系统拥有良好的工作状态。检查的主要内容包括常用制动功能、紧急制动功能以及紧急制动安全环路的工作状态等。在工作人员完成制动控制系统故障检测之后，便会自动向中央诊断系统中传输所得的检测结果，能使工作人员在发现故障时找到应对方法。
3.2电制动防滑黏着控制原理
牵引控制单元通过采集电机的速度传感器信号，计算动轴速度，同时通过与BCU的信息交互，得到给定车速和拖轴速度。动车组制动滑行的判据是基于轮对蠕滑速度、减速度以及减速度微分等对滑行识别，一旦检测到滑行后开始卸载，待卸载到合适转矩后，如果控制系统检测到车轮滑行消失，维持当前较低转矩输出一段时间而后按以下两种不同的“滑行后转矩恢复斜率”曲线恢复至空转/滑行前的转矩，设置不同的斜率主要原因是轮轨是机械系统，滑行产生后需要一定的时间来恢复，因此为了避免产生连续滑行，所以在转矩较大时采用较小的斜率来恢复转矩，使转矩逼近滑行前的转矩，有利于轮轨再黏着。
3.3针对运行过程动车组实时进行诊断和维修
运行过程中的动车组对数据诊断的及时性有着严格的要求，能为相关参数和数据的时效性给予保障。一般来说，可以通过 MVB 接口诊断运行参数和数据，能实现故障实时监控的效果。发现系统之中存有故障情况时，需要将故障排除，并且自动进行修复，保证列车运行期间的安全性。应用列车诊断系统向列车员传递提示操作和故障发生原因等信息。
3.4电制动与空气制动混合方案
正常模式情况下，首先在动车施加最大电制动，如果电制动力不能满足制动要求，优先在拖车按一定值的黏着限制补充空气制动。如果制动力仍然不足，在不超黏着限制的情况下，由动车补充空气制动。如果制动力还是达不到总制动力的要求，此时动车已经达到黏着限制，在不超黏着限制的情况下，由拖车的空气制动力补足。这样可以保证每车制动盘及闸片的等磨耗原则。
3.5过分相时的电压保持特性
为了保证在过分相区时向车载电源的持续供电，必须维持对中间牵引电路的供电。为此，在电压保持状态（此时阻断了4QS）应向中间牵引电路供电，否则中间牵引电路将放电。因为过分相区时主断路器断开，所以必须的能量只能从列车的动能中获得。故在电压保持状态，列车采取些许" 制动"，而牵引电机则转为发电机状态，通过逆变器向中间牵引电路供电，此办法可确保在通过分相区时对车载电源的持续供电。为了能够在电压保持阶段提供车载电源所需的功率，最小需要40 km/h 的速度（不考虑动力损耗）。应该记得在混合了空气制动后，动力损耗值上升到30km/h 是允许的。考虑以上两因素，我们得到维持电压保持的最小速度70km/h。
3.5优化验证
针对牵引逆变器在制动滑行试验时出现的过流问题，主要在半实物仿真平台进行了故障复现和优化工作，通过地面高压试验平台对系统运行进行了高压验证。控制参数优化后，在速度信号变化剧烈的情况下优化防滑控制等参数，在相同的工况下进行半实物验证，如图1所示，虚线范围内为模拟车辆发生滑行速度突降及快速恢复的过程，从图中可以看出，电机电流随着速度的变化进行调整，共进行两次验证均未再出现过流。
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图1 优化参数后的验证波形
4动车组制动技术发展方向与趋势
随着社会科技水平的不断发展，日益先进完善的控制技术、信息化管理，制动控制技术的精确性和安全性不断提高，制动技术逐步朝着结构紧凑化、轻量化、智能化、零件统一化、产品通用化的方向发展，由于直通式电空制动技术在时间短、准确性、响应性等多个方面的优势，在很长一段时间内，高速动车组的制动控制技术仍然会采用微机控制直通电空制动技术，同时动车组的紧急制动安全环路会逐步的完善，例如统一设置紧急制动EB、紧急制动UB、停放制动监控、制动缓解监控、乘客紧急制动和车门安全环路，当安全环路断开时，采取触发导向安全的措施，。
结语
综上所述，根据电制动故障条件，车组在电制动状态下，输出功率小于预设电制动功率50%时，延时3s电制动失效。由于恒速功能通过电制动调节，故当电制动失效时动车组的恒速功能同样失效。根据电制动失效的运行情况分析，采用调整网压限制电制动力阈值的配置参数，能够有效保证电制动力的正常使用，降低制动摩擦副过度磨耗问题，保证高速动车组的运行可靠度，在安全可靠的前提下拓宽网压的有效应用范围。
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