智能電源屏檢修現(xiàn)狀分析及改進(jìn)策略

北京運(yùn)捷科技有限公司 劉 鋒 安士杰 張遠(yuǎn)德 張 鳴

智能電源屏是一種電源，具有轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，為其內(nèi)部其他設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的電能。智能電源屏檢修模式主要是根據(jù)維修規(guī)程，結(jié)合智能電源屏可靠性數(shù)據(jù)以及實(shí)際檢修經(jīng)驗(yàn)確定。

1 軌道交通信號(hào)智能電源屏的檢修現(xiàn)狀

1.1 檢修項(xiàng)目

目前智能電源屏的檢修模式主要分為臨時(shí)檢修和定期檢修。臨時(shí)檢修主要包括日常維護(hù)保養(yǎng)、故障應(yīng)急處理及應(yīng)急搶險(xiǎn)工作等。定期檢修是在不同的周期內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行不同的維修項(xiàng)目，包括周檢、季檢、半年檢、年檢、中修、大修等方式。各檢修周期的時(shí)間可進(jìn)行一定微調(diào)，如季檢的最大提前、最大延期天數(shù)為10天，年檢的最大提前、最大延期天數(shù)為30天。

每種定期檢修均包含不同的檢修項(xiàng)目：周檢主要包括機(jī)柜外觀檢查、運(yùn)行狀態(tài)檢查等；季檢其基礎(chǔ)上加入線纜及插接件檢查；半年檢包括機(jī)柜外觀檢查、運(yùn)行狀態(tài)檢查、線纜及插接件檢查、電氣特性測(cè)試和試驗(yàn)；年檢在半年檢的基礎(chǔ)上引入設(shè)備清潔、輸入輸出測(cè)量、漏流測(cè)試等。中修是指對(duì)軌道交通信號(hào)智能電源屏進(jìn)行整修、補(bǔ)強(qiáng)、恢復(fù)和改善工作，并對(duì)不滿(mǎn)足使用要求的部件進(jìn)行更換，中修的時(shí)間間隔為5年；大修是指對(duì)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備及附屬設(shè)備進(jìn)行分解、更換或修復(fù)，以全面消除系統(tǒng)既有的隱患，恢復(fù)設(shè)備既有的設(shè)計(jì)功能和精度。大修時(shí)間間隔一般大于設(shè)備使用壽命的一半，通常定為10年，原則上設(shè)備使用壽命內(nèi)只進(jìn)行一次大修。

1.2 各檢修項(xiàng)目的檢修標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)柜外觀檢查。標(biāo)準(zhǔn)為柜架保持穩(wěn)固不歪傾，表面平整、不脫漆；柜門(mén)開(kāi)啟靈活，無(wú)變形，柜鎖操作順暢無(wú)卡阻，應(yīng)有良好的密封性與防塵設(shè)施，電纜進(jìn)線口封堵良好。此外還需保證柜內(nèi)單元設(shè)備、模塊安裝穩(wěn)固、不傾斜，外觀良好無(wú)裂紋，各種號(hào)碼牌固定良好文字標(biāo)識(shí)齊全、正確，字跡清楚標(biāo)識(shí)無(wú)脫落；防雷模塊指示窗顯示白色。

設(shè)備狀態(tài)檢查。主要包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、智能電源屏各模塊工作狀態(tài)、風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)等檢查。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢查標(biāo)準(zhǔn)主要包括屏1切換單元外顯示面板顯示正確：交流I、II路電源指示燈常亮紅燈。當(dāng)前正在使用的I、II路電源工作燈亮綠燈；故障燈不點(diǎn)亮。模塊正常工作時(shí)：電源指示燈（綠）亮；保護(hù)指示燈（黃）滅；故障指示燈（紅）滅；智能電源屏各模塊工作狀態(tài)檢查標(biāo)準(zhǔn)主要是各模塊面板指示燈無(wú)故障（紅色）顯示；風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)檢查標(biāo)準(zhǔn)主要是風(fēng)扇運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)異響。

線纜及插接件檢查。主要包括機(jī)柜線纜及插接件、板卡安裝情況檢查；防雷設(shè)備檢查及電氣特性測(cè)試和試驗(yàn)等。其中機(jī)柜線纜及插接件的檢查標(biāo)準(zhǔn)為機(jī)柜內(nèi)各類(lèi)線纜接線緊固，綁扎良好、無(wú)破損、吊牌齊全無(wú)缺失；設(shè)備插接件、模塊、板卡安裝牢固無(wú)松動(dòng)、無(wú)破損。防雷設(shè)備檢查標(biāo)準(zhǔn)為防雷模塊無(wú)變色、變形或開(kāi)裂，防雷空開(kāi)處于閉合狀態(tài)，工作正常。

電氣特性測(cè)試和試驗(yàn)。主要包括手動(dòng)操作監(jiān)控單元顯示屏、目測(cè)各項(xiàng)電壓參數(shù)檢測(cè)；檢查聲光報(bào)警功能；I、II路切換測(cè)試；模塊冗余測(cè)試；60V、24V電源模塊測(cè)試等。手動(dòng)操作監(jiān)控單元顯示屏、目測(cè)各項(xiàng)電壓參數(shù)檢測(cè)需要滿(mǎn)足的標(biāo)準(zhǔn)有：監(jiān)測(cè)各項(xiàng)電壓符合要求；軌道交通信號(hào)智能電源屏I、II路輸入電壓、交流道岔動(dòng)作電源、380VAC備用回路AC380V±15%，直流道岔動(dòng)作電源、220V備用回路為DC220V±10%；信號(hào)機(jī)電源、110VAC備用回路、50Hz相敏軌道局部電源：AC110V±10%；繼電器電源、50Hz相敏軌道工作電源、熔絲報(bào)警電源、24V備用回路、LEU單元電源、折返按鈕電源、折返按鈕閃光電源、折返按鈕穩(wěn)光電源、IBP電源（本地）、緊急關(guān)閉按鈕電源（本地）、安全門(mén)電源DC24V；洗車(chē)線接口電源、緊急關(guān)閉按鈕電源（管轄區(qū)車(chē)站）、安全門(mén)電源（管轄區(qū)車(chē)站）。

檢查聲光報(bào)警功能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為任意空開(kāi)斷開(kāi)要有聲光報(bào)警。I、II路切換測(cè)試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為切換Ⅰ、Ⅱ路輸入開(kāi)關(guān)：兩路市電輸入正常，Ⅰ、Ⅱ路互相切換過(guò)程中供電正常，輸出不受影響；模塊冗余測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為斷開(kāi)同一束直流電源任一模塊輸入開(kāi)關(guān)、輸出電源穩(wěn)定，關(guān)掉模塊的負(fù)載電流自動(dòng)分擔(dān)至正常使用模塊并無(wú)過(guò)流現(xiàn)象，監(jiān)控單元顯示屏顯示相應(yīng)的電源模塊告警信息；60V、24V電源模塊測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為單個(gè)模塊帶負(fù)載獨(dú)立供電，斷開(kāi)其它相同模塊后獨(dú)立供電大于10分鐘。

設(shè)備清潔檢測(cè)主要包括塊通風(fēng)口清潔，保證通風(fēng)口潔凈無(wú)積塵，以及板卡表面、設(shè)備內(nèi)部清潔保證設(shè)備清潔無(wú)積塵；輸入輸出電源測(cè)量主要標(biāo)準(zhǔn)為測(cè)量電壓與監(jiān)控單元顯示屏上顯示電壓進(jìn)行對(duì)比，數(shù)值應(yīng)基本一致；漏流測(cè)試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為維護(hù)支持系統(tǒng)終端測(cè)得的電源漏流相關(guān)數(shù)值不能超過(guò)維護(hù)支持系統(tǒng)設(shè)置的上下限數(shù)值。

1.3 檢修不足之處

1.3.1 檢修項(xiàng)目重疊

當(dāng)前各種定期檢修方式下的檢修項(xiàng)目均存在一定的重疊，造成不必要的人員和資源浪費(fèi)，且檢修時(shí)間間隔越大的檢修方式包含的檢修項(xiàng)目與其他檢修方式中的檢修項(xiàng)目的重疊度越高。如，季檢方式中包含了周檢中的機(jī)柜外觀檢查和運(yùn)行狀態(tài)檢查2個(gè)檢修項(xiàng)目，年檢中一共包含了4個(gè)重疊的檢修項(xiàng)目。

1.3.2 檢修周期與智能電源屏實(shí)際退化過(guò)程不符

智能電源屏內(nèi)的各個(gè)電源模塊的退化符合威布爾分布。即在設(shè)備服役初期退化速率較緩慢，隨著服役時(shí)間的增加退化速率急劇增大。在這種退化規(guī)律下，以往安排的在設(shè)備全壽命周期內(nèi)定周期的檢修方式，通常忽略了智能電源屏退化速率的差異，將智能電源屏退化看作恒定速率。這種假定條件與智能電源屏實(shí)際的退化規(guī)律存在一定差異，且隨著服役時(shí)間的增加，這種維修方式與設(shè)備實(shí)際退化所需檢修相趨甚遠(yuǎn)。因此有必要對(duì)定周期檢修方式下的檢修周期進(jìn)行調(diào)整。

1.3.3 智能電源屏內(nèi)各冗余電源模塊缺乏全面檢測(cè)

智能電源屏內(nèi)部各電源模塊均存在冗余配置，如圖1(a)所示，設(shè)定智能電源屏內(nèi)部包含a個(gè)電源模塊和a個(gè)冗余電源模塊。其中，第i個(gè)電源模塊Si和第i個(gè)冗余電源模塊Ri存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。初始工作過(guò)程中，電源模塊Si均為“服役狀態(tài)”，而其對(duì)應(yīng)的冗余電源模塊Ri則均處于“待機(jī)狀態(tài)”。當(dāng)電源模塊Si故障時(shí)，則需要對(duì)其安排維修工作。

為避免某個(gè)電源模塊的維修工作對(duì)智能電源屏的正常工作產(chǎn)生影響，此時(shí)通常會(huì)立即將冗余電源模塊Ri從“待機(jī)狀態(tài)”切換為“服役狀態(tài)”，以便接替電源模塊Si的工作。此種情況下電源模塊Si變?yōu)椤按龣C(jī)狀態(tài)”，冗余電源模塊Ri變?yōu)椤胺蹱顟B(tài)”，如圖1(b)所示。由此可知，只要電源模塊在服役中途出現(xiàn)故障，則此電源模塊和其對(duì)應(yīng)冗余電源模塊的工作狀態(tài)就會(huì)切換。因此，每次周期性維護(hù)時(shí)，需對(duì)電源模塊Si和冗余電源模塊Ri分別進(jìn)行“待機(jī)狀態(tài)”和“服役狀態(tài)”兩種工作模式下參數(shù)的檢測(cè)。

2 改進(jìn)智能電源屏維修方式

2.1 改進(jìn)檢修時(shí)間間隔

考慮到定期檢修中的周檢、季檢、半年檢主要是對(duì)智能電源屏的外觀、線纜、接插件及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行初步的檢測(cè)。此部分檢測(cè)耗時(shí)較短、耗費(fèi)的資源準(zhǔn)備成本較少，因此這兩種維修方式仍可保持原有的維修時(shí)間間隔，不做任何改動(dòng)。年檢中包含了智能電源屏的電氣特性測(cè)試以及輸入、輸出量測(cè)量，這些檢測(cè)對(duì)智能電源屏的健康程度至關(guān)重要。因此改進(jìn)年檢的維修時(shí)間間隔，以便使維修計(jì)劃更貼近智能電源屏的退化情況。

首先，假定以往的年檢中檢測(cè)時(shí)間間隔是T，一共進(jìn)行k次檢測(cè)，智能電源屏的故障率在這k次檢測(cè)中均維持恒定值h，每次檢測(cè)的費(fèi)用為C。本文在智能電源屏的故障率h中引入加速因子β(t)，則智能電源屏的故障率變?yōu)閔β(t)。改進(jìn)后的故障率hβ(t)可表征智能電源屏故障率隨服役時(shí)間的變化。設(shè)定每次年檢的時(shí)間間隔不再是固定的T，而是隨著檢測(cè)次數(shù)的增加而增大，則設(shè)定第j次檢測(cè)的時(shí)間間隔設(shè)定為T(mén)j。綜上可獲得智能電源屏在工作時(shí)間內(nèi)的年檢總費(fèi)用智能電源屏在運(yùn)行過(guò)程中需要保證年檢總費(fèi)用Call最小、即min(Call)，對(duì)其進(jìn)行求解可獲得維修次數(shù)k和維修時(shí)間間隔Tj。

2.2 改進(jìn)各檢修方式內(nèi)的檢修項(xiàng)目

考慮到當(dāng)前各種定期檢修方式下的檢修項(xiàng)目存在部分重疊的問(wèn)題，本文對(duì)檢修項(xiàng)目進(jìn)行精簡(jiǎn)，去除各檢修方式內(nèi)的重疊檢修項(xiàng)目。首先，周檢中的檢修項(xiàng)目保持恒定，即保持機(jī)柜外觀檢查、設(shè)備狀態(tài)檢查恒定。對(duì)季檢與周檢重疊的項(xiàng)目進(jìn)行去除，則季檢的項(xiàng)目變?yōu)榫€纜及插接件檢查。將半年檢的項(xiàng)目也進(jìn)行去除，只剩余與季檢不相同的項(xiàng)目，則半年檢的項(xiàng)目變?yōu)殡姎馓匦詼y(cè)試和試驗(yàn)。采用同樣的方法去除年檢中與半年檢重疊的項(xiàng)目，則年檢僅保留設(shè)備清潔、輸入輸出測(cè)量、漏流測(cè)試等3個(gè)項(xiàng)目。

2.3 改進(jìn)智能電源屏內(nèi)冗余電源模塊的檢測(cè)方式

將電源模塊Si和其對(duì)應(yīng)的冗余電源模塊Ri的檢測(cè)方式由之前的僅進(jìn)行各自工作模式下的檢測(cè)，調(diào)整為開(kāi)路、斷路兩種情況下均檢測(cè)（圖2）。設(shè)定每個(gè)電源模塊的兩種檢測(cè)方式分別為G1和G2。其中，檢測(cè)方式G1是指當(dāng)電源模塊處于“在役”工作方式時(shí)檢測(cè)參數(shù)Vm，檢測(cè)方式G2則指當(dāng)電源模塊處于“待機(jī)”工作方式時(shí)，檢測(cè)參數(shù)Vn。其中，m為“在役”電源模塊Si的檢測(cè)時(shí)間，n為“待機(jī)”電源模塊Ri的檢測(cè)時(shí)間。

定義電源模塊在“在役”、“待機(jī)”工作方式下的故障閾值分別為VRth、Vout。當(dāng)電源模塊Si的參數(shù)Vm超過(guò)閾值VRth，則判定電源模塊Si處于故障狀態(tài)。此時(shí)需立即將電源模塊Si切換為“待機(jī)”工作方式，并將冗余電源模塊Ri切換為“在役”工作方式，接替電源模塊Si的工作。此外，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將處于故障狀態(tài)的電源模塊Si進(jìn)行檢修，檢修后的電源模塊變?yōu)镾up，i。

由于電源模塊Si“在役”方式中的退化速率顯著大于“待機(jī)”工作方式的電源模塊Ri。因此這里僅是對(duì)“待機(jī)”冗余電源模塊Ri的狀態(tài)變化進(jìn)行簡(jiǎn)單討論。當(dāng)電源模塊Ri的檢測(cè)參數(shù)Vn超過(guò)故障閾值Vout時(shí)，則證明電源模塊Ri已經(jīng)進(jìn)入了故障模式，則在恰當(dāng)時(shí)機(jī)對(duì)其進(jìn)行檢修，檢修后此模塊表示為塊Rup，i。分別對(duì)切換為“在役”工作方式的電源模塊Ri進(jìn)行G1方式下的檢測(cè)，對(duì)切換為“待機(jī)”模式的電源模塊Sup,i進(jìn)行G2方式下的檢測(cè)。根據(jù)“在役”工作方式的電源模塊Ri以及“待機(jī)”模式的電源模塊Sup,i的檢測(cè)，判斷其狀態(tài)，并在必要時(shí)進(jìn)行檢修。

綜上，本文對(duì)智能電源屏的檢修現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納和總結(jié)，針對(duì)檢修方式的三個(gè)局限性給出了三點(diǎn)改進(jìn)措施，以便保障智能電源屏高可靠性運(yùn)行，提升檢修效率，節(jié)約檢修成本。