地铁列车继电器烧损原因及解决措施分析

地铁列车继电器烧损原因及解决措施分析

郑亮庭,代晓明,王尚勇

中车唐山机车车辆有限公司 河北 唐山 064000

摘要：继电器是地铁列车控制系统中的重要控制器件，主要根据外部输入电压的变化接通或断开控制电路，完成控制或保护功能。结合某铁路线路继电器故障，从设计、工艺、生产、验收等方面分析故障原因，并根据原因采取相应整改措施，确保列车稳定运行。

关键词：地铁列车；继电器；烧损原因分析；

继电器是一种应用于地铁列车重要控制电路中的电子控制器件，是用较小的电流去控制较大电流的一种自动开关，其可靠性和稳定性直接关系到列车行车安全，列车关键回路继电器任何故障及质量问题都有可能造成重大影响，因此车辆继电器表现出的问题应引起重视，对发生故障的原因需要进行深入分析。

一、继电器故障原因分析

1.环境因素。①继电器是怕热元件,排列过密使局部温度过高,可靠性降低。②非密封式继电器在广州湿度大、盐分大、多粉尘的大气环境中,常出现接触不良的现象。③空气中的微小水份使电气绝缘下降,电寿命缩短。

2.电路特性。①电压蓄电池浮充过压,线圈集中发热更大,影响机械特性。外部电压的变化使稳定吸合的时间变化,操作太快就易出现故障。线圈断电会产生很大的反峰电压,如果抑制二极管未安装好,触点上通过的直流电燃弧时间会延长,易产生界面膜电阻,导致触电导电性能降低,甚至触点烧结。②电流并不是触点通过的电流越小越可靠,电流小于100MA,电弧作用明显减弱,膜电阻较难击穿,易出现“低电平失效”。号线列车很多关键继电器的触点通过的电流仅55MA左右,尤其动作频次低的继电器的动合触点,电弧冲击次数少,触点表面“又黑又厚”,是故障高发点。继电器触点在大负载下产生的飞弧导致触点被烧熔,在空调系统和照明系统中较多。③负载类型低负载时主要存在接触不良的问题,高负载时主要存在电弧放电造成触点熔结等故障。不同的负载电流通断时候产生的浪涌电流大小也不同。变压器、电机、灯等的负载中有较大的冲击电流流通,因此常有接点熔化事故发生。继电器触点的额定负荷应进行换算再选型使用。

3.人为使用不当。①轻易地改变原电路,包括检修不当、改造不当、意外情况等②不及时清理碎片杂物,机械卡死的隐患将一直存在。③线端子和接线松动,发热烧损,或接错线导致误动作。④继电器安装方向未避免谐振影响,触点可能会瞬间断开再复合。⑤通风和滤尘方式不良。

二、维修对策

1.电路改造。在关键电路增设旁路开关,加装并联触点或继电器冗余。结合号线典型故障案例,以及对控制电路的理论分析,对列车激活、制动控制、车门监控、牵引指令等控制电路的关键继电器进行了触点并联或继电器并联,对列车零速、车间电源、紧急安全回路等控制电路加装了旁路开关,以提高列车在运营过程中的可靠性,降低了部分关键继电器故障对运营造成的影响。

2.定期维护。规范定期维护内容和工艺,制定标准,细化步骤,严格执行。广州地铁现已在修订后的年检规程中特别注明了测量关键电路继电器和线路电阻的内容,但还需逐步补充完善。建议禁用吹尘,以免灰尘被吹人继电器内部。可改为以吸尘为主、毛刷清扫为辅,同时清洁线槽和外露布线部分,只用干扫,不用湿抹,也不用清洁剂顺序从上至下,从左至右,不漏过,不重复。检查继电器外观、安装、接线、布线、机械动作状态等。

3.定期普查。开展定期普查,结合春节、暑假、国庆长假、两次交易会期等每年次的全面普查,提前处理惯性故障和隐患,几个关键检测指标必须达标重点检查安装、接线、布线、测温、标识等。号线按此规定执行取得了较好的效果,查出了多个状态不良的继电器并及时更换。

4.定期更换。对一些关键位置的继电器,主要是针对保持得电时间较长或者动作次数较多的继电器,定期直接更换。

三、案例分析

1.分析原因。为深入剖析故障原因，分析造成故障的各种可能性，现建立问题故障树，造成继电器烧损的三种可能原因分别是：继电器电路过流、继电器质量问题、继电器异物进入。（1）电路设计原理分析。查地铁线电气原理图。故障电路为牵引安全电路，故障继电器=41-K23为门关好旁路。此电路中的负载为4个牵引逆变器指令接口，两个网络单元的指令接口。每个接口电阻为1000Ω，电路正常工作时的电流约为660mA。继电器型号为D-U204-KLC，触点电流工作能力为10A当该继电器触点工作时不会出现超出继电器载流能力的情况，且该继电器触点在正常情况下触点是不投入工作的。因此不会出现超出继电器载流能力的情况。设计原理及继电器选型无问题，可排除设计原因。（2）继电器产品质量问题原因。故障继电器（D-U204-KLC）和普查结果发现的烧损继电器（B400 115 EG SVF 1）查2种灼烧继电器，烧损位置均为继电器外部插头，内部插头无变色情况，对故障继电器线圈阻值、二极管、触点及从继电器内部测试2、4端阻值，均无问题。说明烧损继电器应为外部原因灼烧。D-U204-KLC型号继电器及底座为凸凹配合结构，连接状态下金属丝不可能进入二者之间。B400 115 EG SVF 1型号继电器与底座的配合结构外部金属丝能够进入内部，但因中间隔离，不能形成因金属丝导通情况。（3）继电器异物进入原因分析。地铁线4个继电器（B400 115 EG SVF 1）灼烧，1个继电器（D-U204-KLC烧损（故障件），34个继电器表面和内部有金属丝，其中，3个继电器（D-U204-KLC与底座之间有金属丝，1个继电器（B400 115 EG SVF 1与底座之间有金属丝。通过反复技术分析和论证，确定金属丝进入继电器与底座中间造成短路导致继电器烧损。金属丝来源及进入继电器与底座之间的原因分析：经对金属丝本身及综合柜内部结构、工艺过程分析，金属丝为综合柜上部接线过程中剪线产生的，车辆组装制造厂家组装过程分析：通过车辆装配过程现场查看、与技术人员和操作者沟通，车辆组装制造厂家过程中，接线过程中剪线时，存在金属丝掉落在继电器上部的可能性，但电器柜到车辆组装厂时继电器已安装完成，且车辆组装厂不存在插拔继电器的情况，继电器结构本身具有防护作用，在不拔下继电器的情况下，金属丝无法进入继电器及底座中间。综上所述，车辆组装制造厂家车辆综合柜安装过程中不会出现金属丝进入继电器与底座之间。经电器柜厂家自查分析，应是其在安装继电器工序，生产过程中防护工作疏漏的情况下，导致金属丝留在底座与继电器之间。（4）专业检测机构分析。将故障继电器委托至专业检测机构分析，加电后该继电器能正常动作，通过对继电器触点完全融化断裂阻抗测试发现底座上2和4点阻值为1.3欧姆，正常这两端应为开路；对二极管进行检查，二极管拆下检查正常；对继电器内部触点检查，触点可正常回弹，触点部位无烧损现象；从继电器内部测试2、4端阻值为开路；综合分析失效原因为：故障继电器2、4引脚及底座均烧损，在底座上发现有多余的金属熔融物，继电器的内部结构正常，簧片可正常动作，说明大电流没有经过继电器的内部，不排除该继电器烧损是由于底座中存在金属多余物，导致2、4端形成低阻通路或耐压能力下降，加电后产生大电流造成继电器的引脚综上所述，电器柜厂家生产电气柜过程中因防护不到位，清理不彻底，自互检不到位，金属丝进入继电器与底座之间，造成继电器短路、烧损，导致车辆救援。

2.整改措施制定。要求车辆组装制造厂家与电器柜厂家在继电器后续的生产组装过程中采取有效防护措施，防止类似设备质量隐患，保证运营车辆的安全性可靠性。完善车辆继电器验收监造标准，加强车辆上线前的质量监督，加强设备隐患排查，新车上线前对每个继电器进行拆装检查。制定车辆继电器维护规程，运营后每年对继电器进行拆装及性能检查，做好预防措施，降低运营期间故障继电器故障数量。

总之，采用故障树法进行分析，根据分析结果，采取有针对性的优化措施，提前预防发现故障，保证了车辆继电器使用的稳定性。

参考文献：

[1]王红.地铁列车继电器全寿命分析和维修对策探讨.2022.