地鐵車輛重要部件狀態(tài)修研究與運用

沈云霄

（南京地鐵運營有限責(zé)任公司，江蘇南京 210012）

1 研究背景

隨著城市軌道交通事業(yè)的發(fā)展，地鐵客流量和運營線路不斷增加，地鐵設(shè)備檢修工作量大，檢修周期縮短，檢修節(jié)奏加快，在電子維修與研發(fā)方面，通過引用集中式維修模式，逐步擴大維修領(lǐng)域和規(guī)模，目前維修范圍已經(jīng)拓展到車輛、通號、機電、供電等專業(yè)15 類系統(tǒng)、79 種電子部件，多數(shù)為故障修，發(fā)生故障后，相關(guān)單位將故障件送修。在2015 年期間，根據(jù)維修數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，在車輛開展了RIOM（Remote Input/Output Module，遠(yuǎn)程輸入輸出模塊）的狀態(tài)修工作，根據(jù)原理分析，發(fā)現(xiàn)元件性能下降，但故障還未明顯發(fā)生，在部件故障發(fā)生前將其元件更換，降低了車輛故障率、保障了備件的穩(wěn)定。根據(jù)故障統(tǒng)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(jìn)行狀態(tài)修，統(tǒng)計2019—2020 年的故障數(shù)據(jù)均取得不錯效果。

2 維修模式的升級

前期的設(shè)備板件維修都處于事后維修，即發(fā)生故障后開展維修就是故障修；發(fā)展一段時間后根據(jù)設(shè)備廠商的建議以及現(xiàn)場人員的經(jīng)驗定期進(jìn)行一些設(shè)備的維修就是預(yù)防性維護(hù)；目前開展基于設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控，結(jié)合廠家的建議和實際收集的數(shù)據(jù)情況，在發(fā)生故障前對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)就是狀態(tài)修；后期隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和智能運維的研究在線監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)信息、環(huán)境信息等各種數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計的模型，對故障進(jìn)行預(yù)測，從而指導(dǎo)設(shè)備維修工作就是預(yù)測性維修。

3 一號線重要部件的狀態(tài)修

3.1 一號線（老車）RIOM 狀態(tài)修

3.1.1 2019 年前后的故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計

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

圖1 2016—2020 年RIOM 故障統(tǒng)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(zhuǎn)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(huán)境，特性受到影響，阻值下降。R4 上分得的電壓升高，導(dǎo)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(guān)斷，R1、Q1 長時間處于非正常工作狀態(tài)，產(chǎn)生大量熱能，最終導(dǎo)致R1、Q1 燒壞，使RIOM 模塊發(fā)生故障（圖4）。

圖3 RIOM 模塊工作原理

圖4 發(fā)熱電阻

3.1.3 狀態(tài)修工作內(nèi)容

（1）準(zhǔn)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(diào)電源測試儀連接，進(jìn)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(shù)據(jù)與參考值比較，篩選異常數(shù)據(jù)電源板。對異常電源板進(jìn)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(jìn)行三防漆噴涂處理，干燥后將電源板裝回對應(yīng)的RIOM 中并進(jìn)行記錄。

（3）按照BTE 測試要求對RIOM 進(jìn)行整體功能測試。

3.2 輔助系統(tǒng)輔助控制單元模塊狀態(tài)修

3.2.1 前期的故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計

結(jié)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(fā)生故障，并對剩余的60%進(jìn)行了檢測，確認(rèn)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(tǒng)控制單元電源板的功能是將列車DC 110 V 電壓轉(zhuǎn)換為24 V 交流電，供逆變模塊IM 相驅(qū)動板使用。

易產(chǎn)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(wěn)定的直流電壓（圖6）。該批次電容由于長期工作后發(fā)生電解液滲漏現(xiàn)象，會產(chǎn)生兩個影響：一是使電解電容濾波效果變差、電路工作不穩(wěn)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(dǎo)致PCB 銅線氧化甚至開路，從而導(dǎo)致電源板異常，最終引發(fā)輔助控制單元故障。

圖6 損壞的板件

3.2.3 狀態(tài)修工作內(nèi)容

（1）準(zhǔn)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(jìn)行檢測，更換故障電容，并對電路板進(jìn)行檢測，檢測無故障后，對板件進(jìn)行三防漆噴涂處理，干燥后再將電源板裝回對應(yīng)的ALIX，并進(jìn)行記錄。

（3）按照BTE 測試要求對輔助Agate 進(jìn)行整體功能測試。

3.3 乘客信息系統(tǒng)系統(tǒng)車廂控制單元狀態(tài)修

3.3.1 故障數(shù)據(jù)統(tǒng)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(tǒng)車廂控制單元故障統(tǒng)計

3.3.2 原理分析

SCU（Saloon Control Unit，車廂控制單元）是每節(jié)車廂PIS（Passenger Information System，乘客信息系統(tǒng)）的控制樞紐。它通過列車PIS 總線連接PCU（Passenger Car Unit，標(biāo)準(zhǔn)車當(dāng)量數(shù)）同時通過數(shù)據(jù)與音頻電路控制連接車廂內(nèi)部的其他PIS 設(shè)備，SCU內(nèi)部帶有放大倍數(shù)和根據(jù)環(huán)境噪聲自動增益可調(diào)節(jié)的數(shù)字程控功率放大器以驅(qū)動車廂內(nèi)的揚聲器，并同時控制多達(dá)8 個乘客緊急報警器及10 個LED 動態(tài)線路地圖顯示器和其他PIS 裝置。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，主要故障出現(xiàn)在設(shè)備的電源模塊故障（圖8）。

圖8 電源工作原理

3.3.3 狀態(tài)修工作內(nèi)容

（1）準(zhǔn)備工具拆除SCU 模塊的電源板。

（2）將拆卸下來的電源板進(jìn)行通電測試，然后對電源模塊進(jìn)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(shù)作對比，發(fā)現(xiàn)問題更換電源模塊，并對電路板進(jìn)行檢測，檢測無故障后，將電源板裝回對應(yīng)的SCU 中并進(jìn)行記錄。

（3）按照乘客信息系統(tǒng)測試要求對SCU 進(jìn)行整體功能測試。

4 結(jié)束語

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