降低地鐵車輛客室照明故障率可行性方案

黃行 房展

摘 要：目前地鐵車輛客室照明采用的照明部件基本為LED燈板，各類LED燈板基本的發(fā)光原理相同，其主要差異為：排列組合、形狀、燈點類型和燈點密度差異。LED燈板在使用過程中主要的故障現(xiàn)象：為單體燈點被擊穿導致整塊燈板故障，需進行及時更換，其故障率隨使用時間的增長不斷提升，且LED燈板下方有燈罩板保護。因而會大大增加更換LED燈板的難度，故降低LED燈板故障率的可行性方案具備較高的實用性。

關(guān)鍵詞：客室照明;LED燈板;故障率;實用性

目前各省市積極推動城市軌道交通建設，各地鐵車輛蓬勃發(fā)展，其中客室照明給與乘客乘坐感受最為直觀[1]。以寧波軌道交通2號線一期為例，客室照明采用高亮度LED冷光源燈板，其擁有發(fā)光顏色柔和、不刺眼、具有視覺效果好、功率低、抗振動、免維護及抗透煙霧能力強等特點[2]。

客室照明LED燈板在使用過程中存在故障率較高的障率隨使用年限增長呈指數(shù)性上升，其故障現(xiàn)象為半塊或整塊燈板不亮。該故障需對故障燈板進行更換，少量燈板故障尚可進行更換，若故障燈板數(shù)量較多則人力物力無法支持。因此降低地鐵車輛客室照明故障率的可行性方案需提上議程，以改善當前狀況。

1 工作原理

寧波軌道交通2號線一期客室照明主要由驅(qū)動電源、LED燈板和燈罩板組成。其中每節(jié)車共設置有4個驅(qū)動電源于客室側(cè)頂板一位端，將車載DC110 V控制電壓轉(zhuǎn)換為DC53 V輸出電壓供給LED燈板，每個驅(qū)動電源獨立控制一路燈帶，且可在供電故障情況下，自動降低PWM占空比的輸出，保證客室照明有效。

2 故障原因分析

經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)，大部分故障燈板故障現(xiàn)象為連續(xù)2～3個燈點被擊穿，然后后方1個燈點被燒壞，由于燈點連接方式為單路16個燈點串連，兩路并聯(lián)的形式，一旦有個燈點燒壞就會導致半塊燈板不亮。根據(jù)故障現(xiàn)象分析其根本原因為：（1）燈點存在個體壽命差異導致部分燈點容易被擊穿。（2）存在峰值電壓導致燈點受沖擊甚至被擊穿。（3）燈點存在磕碰破碎情況[3]。

3 方案論證

針對上述故障原因，我團隊積極開展相關(guān)工作，經(jīng)研究提出以下方案：（1）在客室照明燈板上增加穩(wěn)壓管，即每16個燈點配備有一個穩(wěn)壓管。（2）在客室照明驅(qū)動電源輸出端增設濾波模塊，限制其峰值電壓[4]。

方案1優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：（1）該電路設計方案與寧波軌道交通1號線一期客室照明LED燈板設計方式相同，可靠性較高。（2）穩(wěn)壓管采購單價較為便宜，成本較低。

缺點：（1）2號線一期燈板無預留穩(wěn)壓穩(wěn)壓管焊接點位。（2）若可自行增加穩(wěn)壓三極管，其需在每塊燈板上進行焊接，并需進行拆卸和安裝，工作量巨大。以當前檢修車間配置人力和工作量，該方案不現(xiàn)實。

方案2優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：（1）該方案可以在較大電壓區(qū)間范圍內(nèi)進行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)。（2）該方案操作較為方便，單個驅(qū)動電源安裝濾波模塊操作較為方便，時間可控制在5～8分鐘。（3）該方案總工程量較小，只需在驅(qū)動模塊上安裝單個濾波模塊，根據(jù)檢修車間目前配置人力和工作量可在半個月內(nèi)完成。

缺點：（1）該方案為新研究方案，參考其他地鐵線路并無先例，可靠性需要進行試裝論證。（2）濾波模塊品牌型號的選擇需要進行研究。

4 實驗論證

（1）實驗一。該實驗需要觀測模擬驅(qū)動電源正常輸出時電壓有效值和峰值電壓，連接順序如下：

根據(jù)該時間段測得示波器所顯示波形，驅(qū)動電源正常工作有效電壓在DC53 V～DC54 V之間，峰值電壓為DC56.4 V，實驗時間為60分鐘，LED燈板正常發(fā)光。

（2）實驗二。該實驗需要觀測模擬驅(qū)動電源串聯(lián)濾波模塊后正常輸出時電壓有效值和峰值電壓，連接順序如下：

根據(jù)該時間段測得示波器所顯示波形，驅(qū)動電源正常工作有效電壓在DC53 V～DC54 V之間，峰值電壓為DC54.2 V，實驗時間為60分鐘，LED燈板正常發(fā)光。

（3）實驗三。對比燈板在不同輸入電壓的情況下，不加裝濾波模板與加裝濾波模塊的亮度區(qū)別（距離燈板高度70 cm）。具體結(jié)果如下：

上述三個實驗可到以下結(jié)論：（1）未安裝濾波模塊時，波形較為混亂，尤其在關(guān)斷時間段內(nèi)比較跳躍，且峰值電壓較高，存在一定的不穩(wěn)定性。（2）安裝濾波模塊后，波形較為圓潤、連續(xù)，規(guī)律性較強，電壓跳變減少，且峰值電壓明顯下降。（3）安裝濾波模塊不影響燈板亮度，且可在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定LED燈板亮度。

5 裝車實驗

根據(jù)實際狀況，規(guī)范安裝方式如下：（1）濾波模塊安裝于驅(qū)動電源上方，通過厚雙面膠的粘貼方式固定于驅(qū)動電源上表面，且不可堵塞驅(qū)動電源散熱口。（2）濾波模塊輸出正負極導線與驅(qū)動電源原先輸出正負極導線之間需用接線端子進行連接，提高規(guī)范性、安全性。（3）若部分導線長度不夠，需進行加長，不可硬性彎折。

濾波模塊試裝工作后燈板效果如下：

6 跟蹤記錄

為確定該方案實際效果，我團隊決定采取單側(cè)安裝的方式，即在單節(jié)車中一側(cè)的2個客室照明驅(qū)動電源加裝濾波模塊，共6節(jié)且均為同一列車，跟蹤周期為3個月。跟蹤結(jié)果如下：（1）跟蹤期間加裝濾波模塊側(cè)LED燈板效果良好，無明顯亮度差異，無閃滅燈情況發(fā)生。（2）未加裝濾波模塊側(cè)LED燈板故障共10起，加裝濾波模塊側(cè)LED燈板故障共1起。

7 結(jié)語

該客室照明驅(qū)動電源加裝濾波器方案根據(jù)初步的跟蹤記錄，其可在一定程度上改善LED燈板故障率較高的問題，可達到節(jié)能創(chuàng)效的目的，也可節(jié)省人力物力，緩解檢修壓力。該方案于類似照明結(jié)構(gòu)的地鐵列車上具有普適性，可選擇合適的濾波模塊進行適配與安裝，具有較強的實用性和經(jīng)濟性。

參考文獻：

[1]蘇丹.LED在地鐵車廂照明中的應用及光學設計案例淺析[J].照明工程學報，2014，25（6）：46-49.

[3]王珊珊.LED照明燈具在地鐵內(nèi)的應用分析[J].中國科技縱橫，2014（9）：6.

[3]吳亞軍.寧波2號線LED異常分析報告[R].深圳恒之源技術(shù)股份有限公司，2019：1-2.

[4]甘同銀.寧波2增購項目LED光源故障分析報告[R].深圳恒之源技術(shù)股份有限公司，2020：1-3.