昆明地鐵電客列車繼電器冗余改造研究

Summary：文章介紹了昆明地鐵列車繼電器故障及影響,并通過關鍵繼電器的冗余改造，使列車關鍵繼電器正線發生故障時，可以通過操作冗余旁路，達到以自身動力牽引列車的目的,有效遏制甚至消滅大范圍晚點和救援事件的發生,提高列車正線運營的可靠性和服務質量[1]。Keys：電客列車；繼電器；冗余Abstract:ThispaperintroducestherelayfailureofKunmingmetroanditsinfluence,andthroughtheredundanttransformationofthekeyrelays,whentherelayfailsontheoperationlines,theredundantbypasscanbeoperated，toachievethepurposeofpullingthetrainwithitsownpower,effectivelycurboreveneliminatetheoccurrenceoflarge-scaledelayandrescueevents,andimprovethereliabilityandservicequalityoftrainontheoperationlines[1].Keywords:metro;relay;redundancy概述城軌交通列車低壓回路中，繼電器是極其重要又數量眾多的控制部件,它承擔著列車的牽引、制動、車門、照明等系統的控制、監控工作,其自身的可靠性對列車整體可靠性和運營質量有重要影響[2]。以昆明地鐵首期工程電客列車為例，列車使用“德國西門子股份公司”及“摩爾斯斯密特公司”生產的繼電器，每列車安裝132只相關系列繼電器/接觸器。行車過程中，關鍵繼電器發生故障時，將會導致列車晚點、清客、救援等事件，嚴重影響列車正線運營質量。主要故障形式及原因2.1故障形式繼電器故障形式主要為線圈老化、線圈變形、線圈發熱、燒損、觸點粘連、觸點阻值增大等。針對繼電器主要故障形式，對昆明地鐵電客列車繼電器故障進行分析：昆明地鐵首期工程電客列車導致換備、清客及救援事件的繼電器故障中，帶電時間長及動作頻繁的繼電器的繼電器故障占90％以上，故障以線圈老化變形發熱與觸點故障這兩種形式居多。2.2主要原因昆明地鐵首期車輛繼電器線圈帶電最長時間每天可達到24小時（=32-K05），此類繼電器由于長時間通電會處于高溫狀態，導致繼電器線圈損壞。通過對發生過故障的繼電器進行試驗，對繼電器A2引出線附近的線圈表面吹熱風數分鐘后，線圈發生斷路故障，冷卻至常溫后斷路現象恢復。據此現象，結合類似案例，判定為：當繼電器線圈上的漆包線包裹物受熱風加熱后出現膨脹并發生細微的位移，導致受損部位的銅絲徹底斷開，阻值呈無窮大，恢復常溫后又恢復至原位，呈線圈電阻正常狀態。存在問題查閱首期工程電客列車電路圖，由于上述兩種故障導致列車救援事件的關鍵繼電器共有7只（=22-K152、=22-K153、=22-K101、=22-K110、=22-K125、=22-K129、=22-K108），導致清客事件的重要繼電器與接觸器共有12只（=22-K151、=72-K101、=72-K102、=72-K109、=81-K109、=81-K110、=84-K117、=84-K118、=84-K217、=84-K218、=84-K317、=84-K318），總計19只（此數量為列車一個單元繼電器數量，一列車總計38只）。由于昆明地鐵電客列車繼電器為免維護保養，只在日檢及均衡修作業時進行外表吹灰處理，并對其狀態及功能進行確認。靜態確認與正線運行時的工作環境有很大差異，僅從外觀檢查和狀態確認無法確保正線運營可靠性。列車運行過程中，若關鍵繼電器發生故障，將導致故障繼電器所在電路發生故障，則會直接造成列車無法運行，且短時間無法恢復，只能清客進行救援。冗余改造方式每列車繼電器發生故障會導致列車救援的關鍵繼電器有14個。對其中的8個占有繼電器及4個緊急制動繼電器增加冗余設計(由于=22-K108繼電器控制緊急停車，考慮到安全因素，不建議做改造或冗余)。具體改造如下：4.1增加旁路開關冷冗余A.占有接觸器冷冗余每個單元的4個占有繼電器影響清客救援的觸頭共有6對。通過重新整理4個占有繼電器觸頭接線，把會導致救援的觸頭整合到一個繼電器上。加裝一個繼電器使其與整理后的原有繼電器觸點并聯。加裝的繼電器線圈串聯旁路開關后與整理后原有繼電器線圈并聯，通過旁路開關進行冷冗余控制。如圖4.1所示：圖4.1改造后4個占有繼電器只有一個為關鍵接觸器，增加繼電器對占有關鍵繼電器進行冷冗余。正常情況下處于不工作狀態，出現占有關鍵繼電器故障列車無占有時，通過操作旁路開關，用冗余繼電器重新占有，讓列車能夠繼續以自身動力運行。B.警惕回路改造目前警惕旁路開關只旁路警惕按鈕，把=22-K110警惕時間繼電器在緊急制動控制回路中21、24觸頭并聯在警惕旁路常開觸頭上。這樣通過操作警惕旁路開關，就能同時旁路按鈕和時間繼電器，保證緊急制動回路正常。如圖4.2所示：圖4.2C.兩個緊急制動繼電器冷冗余由于=22-K125緊急制動繼電器與=22-K129緊急制動繼電器關鍵的兩對觸頭是串聯，因此增加一個繼電器就能實現冗余功能。通過旁路開關進行冷冗余。考慮到緊急制動繼電器故障卡在合位會影響制動，在現有的電路里串入新增繼電器的常閉觸頭，這樣當打旁路讓冗余繼電器工作時，原有接觸器功能失效。如圖4.3、圖4.4所示：圖4.3圖4.4改造注意事項繼電器冗余可采用冷冗余、熱冗余兩種方式，基于以下特點，建議采用冷冗余方式進行改造。1.增加的繼電器使安裝空間更緊密，增加了發熱源。溫升過大至超過允許值易引起繼電器損壞，從而導致更多繼電器發生故障，故應當注意安裝間隙或引入風源進行風冷降溫；2.若采用冷冗余方式，在繼電器出現故障時，列車依然會施加緊急制動，需要司機打旁路開關后才能繼續動車；3.若采用熱冗余方式，增加的繼電器與原繼電器同時工作，使用壽命相近，增加了更換維修成本；4.若采用熱冗余，緊急制動繼電器故障卡在合位時會使列車制動失效，此風險為高危風險。總結對可能導致救援的關鍵繼電器進行冷冗余改造，雖然增加了新的繼電器，但可以在發生故障時通過操作冗余旁路，達到以自身動力牽引列車的目的,減少甚至消滅救援事