地鐵信號系統(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號線因運營年限較長，信號系統(tǒng)車載B系列歐標(biāo)繼電器故障頻發(fā)導(dǎo)致列車退出運營故障增多，為提高車載信號系統(tǒng)可用性及可靠性，同時提升運營安全和效率，需對當(dāng)前的繼電器維護策略做出優(yōu)化調(diào)整。通過對B系列繼電器的各類故障進行分析，從而找到適合該線路的繼電器維修策略，對行業(yè)內(nèi)同類型車載繼電器的運維具有參考價值。

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

中圖分類號：U231.7；TM58? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：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號線（以下簡稱“4號線”）于2009年9月開通運營，信號系統(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載和安全關(guān)鍵回路，如各類軌道機車的門控制、緊急制動故障、牽引力控制等。4號線所使用的歐標(biāo)繼電器主要負責(zé)車載信號系統(tǒng)向車輛系統(tǒng)的命令輸出，包括緊急制動繼電器（EBR）、零速繼電器（VZC）、無人自動折返使能繼電器（DME）。4號線因運營年限較長，歐標(biāo)繼電器面臨插片損耗老化、接點氧化嚴(yán)重[1]等痛點、難點，導(dǎo)致故障頻發(fā)。另外，因信號系統(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，會導(dǎo)致VOBC主控系統(tǒng)進入保護模式，致使列車丟失自動駕駛/自動防護（ATO/ATP）模式，嚴(yán)重時將會導(dǎo)致列車退出正線運營。因此，結(jié)合運營維護實際，亟需對當(dāng)前的歐標(biāo)繼電器維護策略做出調(diào)整。

1? ? 繼電器故障分析

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

1.1? ? 綜合評估分析

目前執(zhí)行的維修策略為對現(xiàn)場運用第6年的歐標(biāo)繼電器進行每年下線檢測一次，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)歐標(biāo)繼電器主要存在的問題有插片變形、接點阻值超標(biāo)、插片松動、鑒別銷折斷等現(xiàn)象，其中接點阻值超標(biāo)是主要故障。根據(jù)現(xiàn)維修模式進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2019—2021年共檢測歐標(biāo)繼電器2 412臺，不合格數(shù)量116臺（含3臺其他原因故障），檢測不合格率4.81%，詳情如表1所示。

對116臺不合格繼電器進行進一步分析，其中113臺為接點電阻超標(biāo)故障，3臺為其他原因故障，接點電阻超標(biāo)為繼電器不合格主要原因。詳情如下：

（1）接點中有黑色物質(zhì)造成接點電阻阻值超標(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、接觸點位移導(dǎo)致接觸不良，3年共計故障1臺，故障率0.04%，故障現(xiàn)象如圖2所示。

（3）鑒別銷折斷導(dǎo)致繼電器防插錯功能失效，3年共計故障1臺，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年共計故障1臺，故障率0.04%，故障現(xiàn)象如圖4所示。

1.2? ? 歐標(biāo)繼電器接點電阻超標(biāo)影響運營統(tǒng)計分析

結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用對接點電阻超標(biāo)的歐標(biāo)繼電器進行分析，通過計算得出接點電阻超過1 200 Ω將會影響運營。如圖5所示，緊急制動繼電器線圈電阻為4 000 Ω，正常勵磁電壓110 V，最小勵磁電壓77 V，如滿足緊急制動繼電器最小勵磁電壓，回路中的VOBC EBR繼電器接點電阻分壓應(yīng)小于33 V，即接點電阻小于1 200 Ω。在檢測電阻超標(biāo)的113臺歐標(biāo)繼電器中，預(yù)計影響運營的歐標(biāo)繼電器數(shù)量是15臺，影響運營接點數(shù)量占接點超標(biāo)總數(shù)的13.27%，占檢測總數(shù)（2 412臺）的0.62%。

根據(jù)表2統(tǒng)計，歐標(biāo)繼電器在應(yīng)用的第3年有1臺接點電阻超過1 200 Ω，其余14臺均在應(yīng)用的第6年后接點電阻超過1 200 Ω，如未對繼電器進行檢測，繼電器接點電阻升高后預(yù)計會影響運營。

1.3? ? 歐標(biāo)繼電器接點阻值超標(biāo)詳細原因分析

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，電阻超標(biāo)接點及正常接點均存在灰黑色粉末且接點鍍層已經(jīng)磨損，如圖6所示。接點內(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，接點表面發(fā)現(xiàn)大量灰黑色粉末。由于歐標(biāo)繼電器動接點接觸面為弧形設(shè)計，靜接點接觸面為平面設(shè)計，因此兩個接點接觸為點接觸，如灰黑色粉末落入接點間，接點電阻會突然增大[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。實際檢測中均發(fā)現(xiàn)上一年檢測為十幾毫歐，轉(zhuǎn)年檢測為幾萬歐姆的情況，具體原因為銀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間較長，外層會產(chǎn)生氧化膜，降低其電傳導(dǎo)性。

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

如表3所示，對不同應(yīng)用時間的歐標(biāo)繼電器接點阻值進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)日期在2010年以前的接點阻值較小，生產(chǎn)日期在2012年之后的接點阻值明顯升高。原因為2018年前對生產(chǎn)日期在2010年前的繼電器進行過接點清潔工作，使此批繼電器接點阻值普遍較小，而生產(chǎn)日期在2012年后的歐標(biāo)繼電器至今未進行過接點清潔。因此，隨著應(yīng)用時間的增加，接點電阻呈上升的趨勢，如圖7所示。

2? ? 維修策略探討

2.1? ? 歐標(biāo)繼電器故障統(tǒng)計分析

如表4所示，4號線出現(xiàn)了5次因歐標(biāo)繼電器導(dǎo)致的列車故障。經(jīng)現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)2臺歐標(biāo)繼電器B2-C2接點不合格，接點表面存在電傳導(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作影響產(chǎn)生位移，正好落入動、靜接點接觸的地方，此接點電阻值變化范圍從毫歐至無窮大，造成接點無法接通。將繼電器接點存在的灰黑色粉末擦拭后接點恢復(fù)正常，如圖8所示。

2.2? ? 歐標(biāo)繼電器檢修建議

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

3? ? 結(jié)語

本文根據(jù)4號線現(xiàn)狀，對信號車載歐標(biāo)繼電器的故障種類及原因進行了詳細分析。為保證設(shè)備運行穩(wěn)定性、可靠性，保障設(shè)備運營表現(xiàn)良好，通過歐標(biāo)繼電器檢測數(shù)據(jù)及故障分析，對歐標(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電阻合格為評判標(biāo)準(zhǔn)更改為對歐標(biāo)繼電器各接點的氧化物進行擦拭維護。本文可為其他使用同類型歐標(biāo)繼電器的地鐵運營公司提供相關(guān)參考。

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[3] 董小玉.JYJXC-160/260繼電器檢修程序與常見故障處理[J].通訊世界，2017（9）：242.

收稿日期：2023-02-10

作者簡介：弓行（1989—），男，內(nèi)蒙古人，工程師，研究方向：地鐵信號系統(tǒng)設(shè)備運維。