成都地鐵車門外側(cè)指示燈異常點亮的故障分析及處理

陳 飛

（成都地鐵運(yùn)營有限公司，四川成都 610000）

成都地鐵車門外側(cè)指示燈異常點亮的故障分析及處理

陳 飛

（成都地鐵運(yùn)營有限公司，四川成都 610000）

介紹了成都地鐵 2 號線 2013 年及 2015 年發(fā)生的車體外側(cè)車門未關(guān)好指示燈異常點亮的故障現(xiàn)象，采用理論分析及現(xiàn)場實測的方法確定故障原因，提出故障處理措施，有效避免事故的再次發(fā)生，為成都地鐵新建線路車輛設(shè)計及車輛運(yùn)營電氣故障處理提供相關(guān)經(jīng)驗。

地鐵；車門指示燈；異常點亮；故障分析

1 概述

成都地鐵 2 號線車輛客室門采用雙扇電動內(nèi)藏門，在每節(jié)車廂外側(cè)的中上部都設(shè)置車門未關(guān)好指示燈。該節(jié)車廂單側(cè)有1個及以上車門未關(guān)閉到位時該燈點亮，給瞭望的司機(jī)以醒目的提示。2 號線自2012 年 9 月 16 日開通運(yùn)營至今，在 2013 年、2015 年 2 個時間段內(nèi)集中出現(xiàn)過多次車門實際已全部關(guān)閉，而車門未關(guān)好指示燈仍保持點亮狀態(tài)的情況（簡稱“異常點亮故障”），該故障給行車造成了一定的影響。經(jīng)過前后 2 次分析及測試，工程師查清了故障的原因，并提出處理方法，從根本上進(jìn)行了整改。

2 2013年指示燈異常點亮故障

2.1 故障現(xiàn)象

2013 年 4 月 15 日 12 時 14 分，成都地鐵 2 號線 10202車在行政學(xué)院上行始發(fā)站臺發(fā)生故障。在全列車門都已關(guān)好、司機(jī)操縱臺門全關(guān)閉指示燈亮、司機(jī)顯示單元（DDU）顯示所有車門關(guān)閉的情況下，M1 車二位側(cè)車體外側(cè)車門未關(guān)好指示燈亮（表示該節(jié)車有車門未關(guān)閉）。經(jīng)司機(jī)確認(rèn)，全列車門狀態(tài)正常，DDU 顯示正常，門全關(guān)閉燈亮，重新開關(guān) 1 次車門后車外指示燈恢復(fù)正常。檢調(diào)立即安排人員跟車，惠王陵站上行時在 TC2 車二位側(cè)發(fā)生相同故障，司機(jī)再次開關(guān)門后恢復(fù)正常。

10202 車運(yùn)營結(jié)束回庫后，查看 DDU 監(jiān)控屏上無車門故障記錄，下載 TC2 車的 2、4、6、8 門門控器數(shù)據(jù)，無異常；檢查車門行程開關(guān)動作正常，接線均無異常；反復(fù)進(jìn)行集控開關(guān)門動作，該故障現(xiàn)象在 TC2 車一位側(cè)重現(xiàn)。

2.2 原理分析

查電氣原理圖車外指示燈驅(qū)動部分（圖1）及門控器資料得知，每節(jié)車單側(cè)的車外車門指示燈是由該節(jié)車單側(cè)的 4 個門控器（EDCU）并聯(lián)控制的，每個門控器由輸出口繼電器觸點輸出DC110V到指示燈上面。

圖1 車外指示燈驅(qū)動

測量并分別從端子排上斷開 1、3、5、7 門門控器輸出的相關(guān)線路，確認(rèn)該信號是由 1 門門控器輸出的，斷開該門控器控制電源后車外指示燈滅。更換該門控器，進(jìn)行多次開關(guān)門試驗，確認(rèn)該故障未再次出現(xiàn)。

分析門控器資料（表1），并將該故障門控器進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)輸出口繼電器的觸點有損傷（圖2）。

表1 門控器參數(shù)

圖2 受損的繼電器觸點

查閱 SCHRACK 的 PCB 繼電器 V23061-B1005-A401（圖3）相關(guān)資料，確認(rèn)繼電器觸點在 DC 110V 下的工作電流為 0.5A（圖4）。

圖3 SCHRACK 繼電器

圖4 繼電器工作電流電壓曲線

初步懷疑是 2 號線車輛使用的外側(cè)車門指示燈實際工作電流過大，造成門控器輸出口繼電器觸點燒損。進(jìn)一步對比1號、2 號線車輛使用的外側(cè)車門指示燈，均為深圳恒之源生產(chǎn)的 LED 燈，兩種燈的規(guī)格如表2 所示。2 號線的 LED 燈功率雖然較大，但工作電流為 0.036A，遠(yuǎn)小于門控器內(nèi)部繼電器的驅(qū)動能力。

表2 成都地鐵1號、2 號線車外指示燈對比

2.3 現(xiàn)場測試

在成都地鐵 2 號線運(yùn)營列車上隨機(jī)測量電客車的外側(cè)車門指示燈啟動電流， 瞬間高達(dá) 6.52 A（圖5）。單獨測試該指示燈的啟動電流，高達(dá)11.1 A（圖6）。該燈的功率為 4 W，理論上的工作電流是0.036 A，試驗測得的啟動電流約為正常工作電流的 200～300 倍，為 SCHRACK 繼電器工作能力的 13～22 倍。

圖5 指示燈在車上啟動的電流

圖6 指示燈單獨啟動的電流

2.4 故障原因分析

車體外側(cè)車門指示燈啟動時的電流過大，導(dǎo)致門控器輸出口繼電器觸點損傷，長時間使用后出現(xiàn)觸點粘合無法斷開的情況，從而導(dǎo)致指示燈常亮。因指示燈啟動電流持續(xù)時間較短，所以此故障不是每次開門都會出現(xiàn)。

2.5 整改措施及效果

對該 LED 燈進(jìn)行換型調(diào)整，要求指示燈啟動電流小于門控器繼電器的工作電流。經(jīng)測試，改進(jìn)后的指示燈啟動峰值電流大小為 336 mA，持續(xù)時間為 2.9 ms（從啟動到達(dá)到正常工作的時間如圖7 所示），正常工作電流為 8 mA（圖8），實際功率 1.2 W 小于標(biāo)稱最大功率 4 W。經(jīng)過整改后的指示燈于 2013 年 7 月開始批量更換裝車。

3 2015年指示燈異常點亮故障

3.1 故障現(xiàn)象

2015 年 2 月至 7 月期間，成都地鐵 2 號線陸續(xù)出現(xiàn)15 次單節(jié)電客車的車體外側(cè)車門指示燈異常點亮、再次開關(guān)門后恢復(fù)正常的情況，每次故障均發(fā)生在不同的列車上。列車運(yùn)營回庫后，下載門控器數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常、檢查車門相關(guān)接線正常，多次開關(guān)門試驗也不能重現(xiàn)故障，無法判斷是哪個門控器的繼電器沒有斷開，給車輛檢修人員造成很大的困惑。

圖7 改進(jìn)后指示燈啟動電流

圖8 改進(jìn)后指示燈工作電流

3.2 現(xiàn)場測試

2015 年 7 月，車輛專業(yè)工程師再次在現(xiàn)場實際測量，同時測試門控器繼電器輸出口輸出的啟動電流（圖9）和到達(dá)指示燈的啟動電流（圖10），發(fā)現(xiàn)門控器輸出端的電流達(dá)到了 1.49 A，而到達(dá)指示燈的電流僅為 396 mA。明顯看出，從門控器輸出的啟動電流過高。

圖9 繼電器輸出的啟動電流

圖10 指示燈的啟動電流

為進(jìn)一步分析查找門控器輸出端啟動電流過高的原因，進(jìn)行了不同環(huán)境下的指示燈工作情況測試。

（1）采用在運(yùn)營列車上測量單一門控器驅(qū)動指示燈的方法，逐一測量門控器輸出的啟動電流及進(jìn)入指示燈的電流，測試結(jié)果與并聯(lián)門控器驅(qū)動指示燈基本一致。

（2）斷開單節(jié)車單側(cè) 4 個門控器到指示燈之間的線纜，重新用外接線纜將各門控器與指示燈連接，外接線纜未通過列車的原有線槽走線，測試此時通過EDCU2 繼電器的啟動電流只有 460 mA（圖11）。將新增線纜在原線槽附近走線，測試門控器繼電器輸出口啟動電流，發(fā)現(xiàn)啟動電流在 1.13 A 左右（圖12）。

圖11 單獨布線后指示燈啟動電流

圖12 線槽附近布線后指示燈工作電流

經(jīng)了解，該線槽中鋪設(shè)電客車部分子系統(tǒng)的 DC10V 和 AC380V 線纜，如 CCTV 和 PIDS 廣播系統(tǒng)、列車照明系統(tǒng)、部分列車硬線控制信號及空調(diào)系統(tǒng)。至此，基本上可以判定門控器輸出的多余啟動電流是不同交、直流電壓線纜之間的干擾所產(chǎn)生的耦合電流。

3.3 故障原因分析

經(jīng)過測試分析，成都地鐵 2 號線車輛在 2013 年首次發(fā)生的車門指示燈異常是由于 LED 指示燈的啟動電流過大，造成部分門控器的內(nèi)部繼電器觸點有損傷，繼電器觸點偶爾無法斷開引起的。通過改換 LED 指示燈型號，降低了指示燈的啟動電流，使之符合繼電器輸出標(biāo)準(zhǔn)。然而該板載繼電器是全封閉式的，繼電器觸點的實際損傷情況不能逐一進(jìn)行檢查、更換，同時由于列車內(nèi)部線槽中存在眾多中低壓的交、直流線纜，布線之間由于互相干擾產(chǎn)生耦合電流，導(dǎo)致流過門控器內(nèi)部繼電器觸點的輸出電流仍然超過標(biāo)準(zhǔn)。隨著列車運(yùn)行時間的增加，繼電器觸點損傷情況進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致車門指示燈異常點亮故障再次于 2015 年發(fā)生。

3.4 整改措施

針對過高的門控器觸點輸出電流，考慮多種方案進(jìn)行抑制。

（1）在指示燈所在回路中增加二極管防止電流流入其他回路。此情況下，通過繼電器的啟動電流仍在 1.2 A 左右，并且該電流持續(xù)時間較短為毫秒級，此方案實際無法降低門控器繼電器啟動電流，故排除。

（2）在指示燈所在回路中增加限流電阻，限制通過門控器繼電器的啟動電流。未加限流電阻前啟動電流峰值約為 2.4 A，分別選用 100Ω 和 2.7 kΩ 的限流電阻進(jìn)行測試。用 100 Ω 的限流電阻時，啟動電流限制到 1.6 A 左右；用 2.7 kΩ 限流電阻時，啟動電流在 1.1 A 左右。此方案對于限制電流的效果不明顯，且選擇較大阻值的限流電阻后會影響車門指示燈的亮度，排除此方案。

（3）由于繼電器輸出口抗沖擊電流的能力有限，考慮改用門控器內(nèi)部未使用的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET 管）控制指示燈，該 MOSFET 管的廠家型號為美國 VISHAY IRF740。相比較繼電器來說，MOSFET 管采用電氣元件的導(dǎo)通、關(guān)斷模擬開關(guān)的功能，沒有機(jī)械觸點，該場效應(yīng)晶體管的輸出電流瞬間值可達(dá) 10 A，理論上能有效避免目前列車存在較大耦合電流的使用情況下繼電器觸點損傷粘連問題。此外，改從MOSFET 管輸出電流只需要刷新門控器的程序、調(diào)整門控器插頭 1 根接線即可，整個方案簡單易行。IRF740 MOSFET 管輸出能力如表3 所示。

表3 IRF740 絕對最大額定參數(shù)

3.5 整改方案可靠性驗證

為驗證門控器 MOSFET 管輸出的抗電流干擾能力，成都地鐵 2 號線車輛維保部門在實驗室模擬 4 個門控器并聯(lián)驅(qū)動 1 個啟動電流較大的指示燈（5A@2us）進(jìn)行可靠性驗證。通過程序設(shè)置為門控器該輸出口保持 2 s 輸出、2 s 不輸出的方式，每天運(yùn)行 8 h 以上（每天開關(guān)約 7 200 次）。從 2015 年 7 月 13 日至 8 月13 日，持續(xù)測試 1 個月（23 個工作日），總計動作約 165 600 次，試驗結(jié)果一切正常。初步認(rèn)定改用 MOSFET 管驅(qū)動指示燈的方案可靠有效。

自 2015 年 9 月起，在成都地鐵 2 號線現(xiàn)場挑選近期發(fā)生過該故障的 209 列車，通過改變軟件輸出控制的方式，刷新第 3、4 節(jié)車廂的門控器程序，用門控器MOSFET 管輸出口控制車體外側(cè)指示燈。跟蹤 1 個月后無異常，進(jìn)一步將 209 列其余 4 節(jié)車全部進(jìn)行整改，運(yùn)用正常。自 2015 年 11 月起擴(kuò)大整改范圍到 223 列和 234列，繼續(xù)跟蹤驗證。截止 2016 年 4 月，現(xiàn)車驗證 6 個月無異常，隨即展開批量整改，在 7 月底前完成全部 42 列車的作業(yè)。

4 結(jié)語

成都 2 號線車輛車體外側(cè)車門未關(guān)好指示燈的啟動電流值過大，遠(yuǎn)超出門控器內(nèi)繼電器的工作范圍，繼電器觸點受損出現(xiàn)偶爾無法斷開的情況，導(dǎo)致該指示燈異常點亮故障在 2013 年發(fā)生。成都地鐵車輛維保部門雖然降低了指示燈的啟動電流，但是由于車內(nèi)線槽的中低壓交、直流線纜互相干擾產(chǎn)生耦合電流，使得通過觸點的電流仍然超標(biāo)，并且隨著列車運(yùn)用里程的增加，觸點損傷持續(xù)惡化，指示燈異常點亮的故障在 2015 年再次爆發(fā)。因車內(nèi)布線無法變動，改用內(nèi)控器內(nèi) MOSFET 管輸出的方案，提高了電流通過能力。車輛廠設(shè)計列車電氣線路時，應(yīng)充分考慮車內(nèi)中低壓交、直流線纜的布線距離等問題，從而將線纜間互相干擾產(chǎn)生的耦合電流降到最低，進(jìn)一步提高車輛電器的工作穩(wěn)定性。

［1］ 南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司.成都地鐵2號線一期工程地鐵車輛使用維護(hù)說明書［G］.2011.

［2］ 李寶華.鐵路軌道電路紅光帶的故障原因及對策［J］.通訊世界，2015（12）.

［3］ 楊德清.LED實用技術(shù)直通車［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2014.

［4］ 周鶴良.電氣工程師手冊［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［5］ 劉星平.功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路的研究［J］.電氣開關(guān)，2002（2）.

責(zé)任編輯 孫銳嬌

Fault Analysis and Treatment of Abnormal Indication Light-On outside Door on Chengdu Metro Line 2

Chen Fei

The paper introduces the faults of abnormal indicator light-on outside the door on Chengdu metro line 2 in 2013 and 2015.The theory analysis and fi eld measurement method is used to determine the fault cause.It proposes fault treatment measures， effectively preventing accidents happening again， and providing relevant experience of vehicle design and vehicle operational electrical fault treatment for the new lines of Chengdu metro.

metro， car door， indicator， abnormal lighton， fault analysis

U231+.8

陳飛（1979—），男，工程師

2016-03-25