地鐵信號(hào)系統(tǒng)車載B系列歐標(biāo)繼電器的故障分析及優(yōu)化維修策略探討

弓行 佟通 王玉和

摘要：北京地鐵4號(hào)線因運(yùn)營(yíng)年限較長(zhǎng)，信號(hào)系統(tǒng)車載B系列歐標(biāo)繼電器故障頻發(fā)導(dǎo)致列車退出運(yùn)營(yíng)故障增多，為提高車載信號(hào)系統(tǒng)可用性及可靠性，同時(shí)提升運(yùn)營(yíng)安全和效率，需對(duì)當(dāng)前的繼電器維護(hù)策略做出優(yōu)化調(diào)整。通過對(duì)B系列繼電器的各類故障進(jìn)行分析，從而找到適合該線路的繼電器維修策略，對(duì)行業(yè)內(nèi)同類型車載繼電器的運(yùn)維具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：地鐵；信號(hào)系統(tǒng)；車載歐標(biāo)繼電器；故障分析；維修策略

中圖分類號(hào)：U231.7；TM58? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）10-0072-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.10.020

0? ? 引言

北京地鐵4號(hào)線（以下簡(jiǎn)稱“4號(hào)線”）于2009年9月開通運(yùn)營(yíng)，信號(hào)系統(tǒng)采用泰雷茲SelTrac的基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC），其中車載信號(hào)系統(tǒng)（VOBC）的外圍控制繼電器為B系列歐標(biāo)繼電器。歐標(biāo)繼電器一般應(yīng)用于要求極端可靠的重負(fù)載和安全關(guān)鍵回路，如各類軌道機(jī)車的門控制、緊急制動(dòng)故障、牽引力控制等。4號(hào)線所使用的歐標(biāo)繼電器主要負(fù)責(zé)車載信號(hào)系統(tǒng)向車輛系統(tǒng)的命令輸出，包括緊急制動(dòng)繼電器（EBR）、零速繼電器（VZC）、無人自動(dòng)折返使能繼電器（DME）。4號(hào)線因運(yùn)營(yíng)年限較長(zhǎng)，歐標(biāo)繼電器面臨插片損耗老化、接點(diǎn)氧化嚴(yán)重[1]等痛點(diǎn)、難點(diǎn)，導(dǎo)致故障頻發(fā)。另外，因信號(hào)系統(tǒng)的“故障導(dǎo)向安全”原則，當(dāng)任一歐標(biāo)繼電器發(fā)生故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致VOBC主控系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)模式，致使列車丟失自動(dòng)駕駛/自動(dòng)防護(hù)（ATO/ATP）模式，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致列車退出正線運(yùn)營(yíng)。因此，結(jié)合運(yùn)營(yíng)維護(hù)實(shí)際，亟需對(duì)當(dāng)前的歐標(biāo)繼電器維護(hù)策略做出調(diào)整。

1? ? 繼電器故障分析

4號(hào)線列車的B系列歐標(biāo)繼電器以B400與BWG400型號(hào)為主。B400接點(diǎn)為硬銀覆蓋層壓銅，沒有隔弧裝置；BWG400接點(diǎn)為鍍金接點(diǎn)，安裝有隔弧裝置。兩種繼電器均有4組雙通雙斷觸點(diǎn)（Z型），具備標(biāo)準(zhǔn)的熔點(diǎn)不轉(zhuǎn)換安全觸點(diǎn)，其安全鎖功能的插入式設(shè)計(jì)使用機(jī)械鍵位實(shí)現(xiàn)防插錯(cuò)功能。

1.1? ? 綜合評(píng)估分析

目前執(zhí)行的維修策略為對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用第6年的歐標(biāo)繼電器進(jìn)行每年下線檢測(cè)一次，在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)歐標(biāo)繼電器主要存在的問題有插片變形、接點(diǎn)阻值超標(biāo)、插片松動(dòng)、鑒別銷折斷等現(xiàn)象，其中接點(diǎn)阻值超標(biāo)是主要故障。根據(jù)現(xiàn)維修模式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019—2021年共檢測(cè)歐標(biāo)繼電器2 412臺(tái)，不合格數(shù)量116臺(tái)（含3臺(tái)其他原因故障），檢測(cè)不合格率4.81%，詳情如表1所示。

對(duì)116臺(tái)不合格繼電器進(jìn)行進(jìn)一步分析，其中113臺(tái)為接點(diǎn)電阻超標(biāo)故障，3臺(tái)為其他原因故障，接點(diǎn)電阻超標(biāo)為繼電器不合格主要原因。詳情如下：

（1）接點(diǎn)中有黑色物質(zhì)造成接點(diǎn)電阻阻值超標(biāo)（500 mΩ以上），故障率4.68%，故障現(xiàn)象如圖1所示。

（2）插片松動(dòng)、接觸點(diǎn)位移導(dǎo)致接觸不良，3年共計(jì)故障1臺(tái)，故障率0.04%，故障現(xiàn)象如圖2所示。

（3）鑒別銷折斷導(dǎo)致繼電器防插錯(cuò)功能失效，3年共計(jì)故障1臺(tái)，故障率0.04%，故障現(xiàn)象如圖3所示。

（4）插片變形導(dǎo)致無法正常安裝，3年共計(jì)故障1臺(tái)，故障率0.04%，故障現(xiàn)象如圖4所示。

1.2? ? 歐標(biāo)繼電器接點(diǎn)電阻超標(biāo)影響運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)接點(diǎn)電阻超標(biāo)的歐標(biāo)繼電器進(jìn)行分析，通過計(jì)算得出接點(diǎn)電阻超過1 200 Ω將會(huì)影響運(yùn)營(yíng)。如圖5所示，緊急制動(dòng)繼電器線圈電阻為4 000 Ω，正常勵(lì)磁電壓110 V，最小勵(lì)磁電壓77 V，如滿足緊急制動(dòng)繼電器最小勵(lì)磁電壓，回路中的VOBC EBR繼電器接點(diǎn)電阻分壓應(yīng)小于33 V，即接點(diǎn)電阻小于1 200 Ω。在檢測(cè)電阻超標(biāo)的113臺(tái)歐標(biāo)繼電器中，預(yù)計(jì)影響運(yùn)營(yíng)的歐標(biāo)繼電器數(shù)量是15臺(tái)，影響運(yùn)營(yíng)接點(diǎn)數(shù)量占接點(diǎn)超標(biāo)總數(shù)的13.27%，占檢測(cè)總數(shù)（2 412臺(tái)）的0.62%。

根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)，歐標(biāo)繼電器在應(yīng)用的第3年有1臺(tái)接點(diǎn)電阻超過1 200 Ω，其余14臺(tái)均在應(yīng)用的第6年后接點(diǎn)電阻超過1 200 Ω，如未對(duì)繼電器進(jìn)行檢測(cè)，繼電器接點(diǎn)電阻升高后預(yù)計(jì)會(huì)影響運(yùn)營(yíng)。

1.3? ? 歐標(biāo)繼電器接點(diǎn)阻值超標(biāo)詳細(xì)原因分析

通過高像素電子顯微鏡觀察電阻超標(biāo)的歐標(biāo)繼電器接點(diǎn)，電阻超標(biāo)接點(diǎn)及正常接點(diǎn)均存在灰黑色粉末且接點(diǎn)鍍層已經(jīng)磨損，如圖6所示。接點(diǎn)內(nèi)部材質(zhì)是銀，外部有鍍金層，鍍金層磨損，內(nèi)部材質(zhì)銀顯露在外，接點(diǎn)表面發(fā)現(xiàn)大量灰黑色粉末。由于歐標(biāo)繼電器動(dòng)接點(diǎn)接觸面為弧形設(shè)計(jì)，靜接點(diǎn)接觸面為平面設(shè)計(jì)，因此兩個(gè)接點(diǎn)接觸為點(diǎn)接觸，如灰黑色粉末落入接點(diǎn)間，接點(diǎn)電阻會(huì)突然增大[2]，增大范圍取決于灰黑色粉末的電傳導(dǎo)性，電阻值范圍在幾十毫歐至無窮。實(shí)際檢測(cè)中均發(fā)現(xiàn)上一年檢測(cè)為十幾毫歐，轉(zhuǎn)年檢測(cè)為幾萬歐姆的情況，具體原因?yàn)殂y易與大氣中的硫化氣體反應(yīng)，生成硫化銀，其形態(tài)即灰黑色粉末，雖具有導(dǎo)電性，但導(dǎo)電率低于金、銀。如果硫化銀灰黑色粉末較多且暴露空氣時(shí)間較長(zhǎng)，外層會(huì)產(chǎn)生氧化膜，降低其電傳導(dǎo)性。

1.4? ? 歐標(biāo)繼電器應(yīng)用時(shí)間與接點(diǎn)阻值關(guān)系

如表3所示，對(duì)不同應(yīng)用時(shí)間的歐標(biāo)繼電器接點(diǎn)阻值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)日期在2010年以前的接點(diǎn)阻值較小，生產(chǎn)日期在2012年之后的接點(diǎn)阻值明顯升高。原因?yàn)?018年前對(duì)生產(chǎn)日期在2010年前的繼電器進(jìn)行過接點(diǎn)清潔工作，使此批繼電器接點(diǎn)阻值普遍較小，而生產(chǎn)日期在2012年后的歐標(biāo)繼電器至今未進(jìn)行過接點(diǎn)清潔。因此，隨著應(yīng)用時(shí)間的增加，接點(diǎn)電阻呈上升的趨勢(shì)，如圖7所示。

2? ? 維修策略探討

2.1? ? 歐標(biāo)繼電器故障統(tǒng)計(jì)分析

如表4所示，4號(hào)線出現(xiàn)了5次因歐標(biāo)繼電器導(dǎo)致的列車故障。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查，發(fā)現(xiàn)2臺(tái)歐標(biāo)繼電器B2-C2接點(diǎn)不合格，接點(diǎn)表面存在電傳導(dǎo)性較低的灰黑色粉末，且電傳導(dǎo)性較低的灰黑色粉末受電流及動(dòng)作影響產(chǎn)生位移，正好落入動(dòng)、靜接點(diǎn)接觸的地方，此接點(diǎn)電阻值變化范圍從毫歐至無窮大，造成接點(diǎn)無法接通。將繼電器接點(diǎn)存在的灰黑色粉末擦拭后接點(diǎn)恢復(fù)正常，如圖8所示。

2.2? ? 歐標(biāo)繼電器檢修建議

歐標(biāo)繼電器接點(diǎn)中的灰黑色粉末，是造成接點(diǎn)電阻突增及超標(biāo)的主要原因，繼電器電氣壽命及機(jī)械壽命均未達(dá)到使用壽命。定期清潔歐標(biāo)繼電器接點(diǎn)[3]，即使用專用工具清潔氧化的接點(diǎn)及插片的氧化、燒灼層，可有效改善接點(diǎn)及插片表面氧化及電弧，并可避免灰黑色粉末過多。接點(diǎn)阻值與時(shí)間的關(guān)聯(lián)性較高，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障信息，在清潔后第4年歐標(biāo)繼電器出現(xiàn)故障。結(jié)合該信息，為排除個(gè)別故障隱患，4號(hào)線應(yīng)在繼電器運(yùn)用后每3年對(duì)繼電器進(jìn)行輪修，并對(duì)繼電器接點(diǎn)進(jìn)行清潔。

3? ? 結(jié)語

本文根據(jù)4號(hào)線現(xiàn)狀，對(duì)信號(hào)車載歐標(biāo)繼電器的故障種類及原因進(jìn)行了詳細(xì)分析。為保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性，保障設(shè)備運(yùn)營(yíng)表現(xiàn)良好，通過歐標(biāo)繼電器檢測(cè)數(shù)據(jù)及故障分析，對(duì)歐標(biāo)繼電器的檢修方式及檢修周期提出了相關(guān)建議，即由之前以定期檢測(cè)電阻合格為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)更改為對(duì)歐標(biāo)繼電器各接點(diǎn)的氧化物進(jìn)行擦拭維護(hù)。本文可為其他使用同類型歐標(biāo)繼電器的地鐵運(yùn)營(yíng)公司提供相關(guān)參考。

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收稿日期：2023-02-10

作者簡(jiǎn)介：弓行（1989—），男，內(nèi)蒙古人，工程師，研究方向：地鐵信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維。