地鐵車輛重要部件狀態修研究與運用

沈云霄

（南京地鐵運營有限責任公司，江蘇南京 210012）

1 研究背景

隨著城市軌道交通事業的發展，地鐵客流量和運營線路不斷增加，地鐵設備檢修工作量大，檢修周期縮短，檢修節奏加快，在電子維修與研發方面，通過引用集中式維修模式，逐步擴大維修領域和規模，目前維修范圍已經拓展到車輛、通號、機電、供電等專業15 類系統、79 種電子部件，多數為故障修，發生故障后，相關單位將故障件送修。在2015 年期間，根據維修數據的統計，在車輛開展了RIOM（Remote Input/Output Module，遠程輸入輸出模塊）的狀態修工作，根據原理分析，發現元件性能下降，但故障還未明顯發生，在部件故障發生前將其元件更換，降低了車輛故障率、保障了備件的穩定。根據故障統計，在2019 年時利用二輪架修對一號線老車RIOM 和輔助控制電子單元進行狀態修，統計2019—2020 年的故障數據均取得不錯效果。

2 維修模式的升級

前期的設備板件維修都處于事后維修，即發生故障后開展維修就是故障修；發展一段時間后根據設備廠商的建議以及現場人員的經驗定期進行一些設備的維修就是預防性維護；目前開展基于設備運行狀態的監控，結合廠家的建議和實際收集的數據情況，在發生故障前對設備進行維護就是狀態修；后期隨著5G 網絡的發展和智能運維的研究在線監測設備運行狀態信息、環境信息等各種數據，基于數據統計的模型，對故障進行預測，從而指導設備維修工作就是預測性維修。

3 一號線重要部件的狀態修

3.1 一號線（老車）RIOM 狀態修

3.1.1 2019 年前后的故障數據統計

2019 年開展20 列車共計160 個模塊狀態修工作，其中更換率達30%，通過狀態修將故障消滅在萌芽狀態（圖1、圖2）。

圖1 2016—2020 年RIOM 故障統計

圖2 2016—2020 年20 列車RIOM 更換情況

3.1.2 原理分析

RIOM 電源板是將列車DC 110 V 電壓轉換為15 V 交流電和直流電，交流電輸出給CPU（中央處理器）板和通信板使用，直流電用于I/O 輸入輸出板。如圖3 所示，RIOM 電源板將DC 110 V 升壓到DC 160 V，再變壓至15 V 輸出。R3 長時間工作在高壓環境，特性受到影響，阻值下降。R4 上分得的電壓升高，導致U1 輸出信號異常，升壓模塊輸出電壓下降，變壓器次級輸出不足15 V。Q1 無法正常關斷，R1、Q1 長時間處于非正常工作狀態，產生大量熱能，最終導致R1、Q1 燒壞，使RIOM 模塊發生故障（圖4）。

圖3 RIOM 模塊工作原理

圖4 發熱電阻

3.1.3 狀態修工作內容

（1）準備工具拆除RIOM 模塊上J1、J8 電源板。

（2）將拆卸下來的RIOM 電源板分別記錄序列號及所在列車上的位置，并與可調電源測試儀連接，進行檢測。分別記錄空載檔位、重載檔位測量的電壓值，并將記錄數據與參考值比較，篩選異常數據電源板。對異常電源板進行元器件更換處理，處理完后將其接入老化測臺，老化合格后對板件進行三防漆噴涂處理，干燥后將電源板裝回對應的RIOM 中并進行記錄。

（3）按照BTE 測試要求對RIOM 進行整體功能測試。

3.2 輔助系統輔助控制單元模塊狀態修

3.2.1 前期的故障數據統計

結合二次架修共開展20 列車80 個輔助控制單元，實際損壞占比40%但還未發生故障，并對剩余的60%進行了檢測，確認電容的性能（圖5）。

圖5 20 列車80 個輔助控制單元故障情況

3.2.2 原理分析

輔助系統控制單元電源板的功能是將列車DC 110 V 電壓轉換為24 V 交流電，供逆變模塊IM 相驅動板使用。

易產生故障的電容為220 μF 35 V、470 μF 63 V 濾波電容，該濾波電容的作用就是使濾波后輸出的電壓為穩定的直流電壓（圖6）。該批次電容由于長期工作后發生電解液滲漏現象，會產生兩個影響：一是使電解電容濾波效果變差、電路工作不穩定；二是滲漏的電解液有較強的腐蝕性，它流到線路板上會導致PCB 銅線氧化甚至開路，從而導致電源板異常，最終引發輔助控制單元故障。

圖6 損壞的板件

3.2.3 狀態修工作內容

（1）準備工具，拆除輔助Agate 模塊上ALIX 電源板。

（2）將拆卸下來的ALIX 電源板上電容進行檢測，更換故障電容，并對電路板進行檢測，檢測無故障后，對板件進行三防漆噴涂處理，干燥后再將電源板裝回對應的ALIX，并進行記錄。

（3）按照BTE 測試要求對輔助Agate 進行整體功能測試。

3.3 乘客信息系統系統車廂控制單元狀態修

3.3.1 故障數據統計

近5 年每年至少有12 個故障件，南延線共有126 臺此模塊（圖7）。

圖7 近5 年的乘客信息系統車廂控制單元故障統計

3.3.2 原理分析

SCU（Saloon Control Unit，車廂控制單元）是每節車廂PIS（Passenger Information System，乘客信息系統）的控制樞紐。它通過列車PIS 總線連接PCU（Passenger Car Unit，標準車當量數）同時通過數據與音頻電路控制連接車廂內部的其他PIS 設備，SCU內部帶有放大倍數和根據環境噪聲自動增益可調節的數字程控功率放大器以驅動車廂內的揚聲器，并同時控制多達8 個乘客緊急報警器及10 個LED 動態線路地圖顯示器和其他PIS 裝置。根據數據統計，主要故障出現在設備的電源模塊故障（圖8）。

圖8 電源工作原理

3.3.3 狀態修工作內容

（1）準備工具拆除SCU 模塊的電源板。

（2）將拆卸下來的電源板進行通電測試，然后對電源模塊進行1/3～1/2 帶載測試，判斷電源模塊輸出能力與本身的性能參數作對比，發現問題更換電源模塊，并對電路板進行檢測，檢測無故障后，將電源板裝回對應的SCU 中并進行記錄。

（3）按照乘客信息系統測試要求對SCU 進行整體功能測試。

4 結束語

車輛重要部件的電子維修要以運營的需求為目標，確定存在問題并結合列車的具體情況，確定維修的目標、方向和范圍：在前期，要做好調研和準備工作，對接車輛部門做好重要部件壽命評估；實施時應尋找合適的時間窗口，結合車輛的架修和大修進行，減少資源浪費并且在維修時盡量采用成熟的技術，保證維修后系統的穩定，做好質量管控和產品功能測試驗證；后期做好維修件的使用情況跟蹤和數據統計分析維修與智能運維集合，將大數據與傳統的數據作分析對比，器件及系統健康狀態展示與統計分析，故障數據展示及智能化排查操作指導，基于數據分析輸出產品預防性維護。