地铁车辆重要部件状态修研究与运用

沈云霄

（南京地铁运营有限责任公司，江苏南京 210012）

1 研究背景

随着城市轨道交通事业的发展，地铁客流量和运营线路不断增加，地铁设备检修工作量大，检修周期缩短，检修节奏加快，在电子维修与研发方面，通过引用集中式维修模式，逐步扩大维修领域和规模，目前维修范围已经拓展到车辆、通号、机电、供电等专业15 类系统、79 种电子部件，多数为故障修，发生故障后，相关单位将故障件送修。在2015 年期间，根据维修数据的统计，在车辆开展了RIOM（Remote Input/Output Module，远程输入输出模块）的状态修工作，根据原理分析，发现元件性能下降，但故障还未明显发生，在部件故障发生前将其元件更换，降低了车辆故障率、保障了备件的稳定。根据故障统计，在2019 年时利用二轮架修对一号线老车RIOM 和辅助控制电子单元进行状态修，统计2019—2020 年的故障数据均取得不错效果。

2 维修模式的升级

前期的设备板件维修都处于事后维修，即发生故障后开展维修就是故障修；发展一段时间后根据设备厂商的建议以及现场人员的经验定期进行一些设备的维修就是预防性维护；目前开展基于设备运行状态的监控，结合厂家的建议和实际收集的数据情况，在发生故障前对设备进行维护就是状态修；后期随着5G 网络的发展和智能运维的研究在线监测设备运行状态信息、环境信息等各种数据，基于数据统计的模型，对故障进行预测，从而指导设备维修工作就是预测性维修。

3 一号线重要部件的状态修

3.1 一号线（老车）RIOM 状态修

3.1.1 2019 年前后的故障数据统计

2019 年开展20 列车共计160 个模块状态修工作，其中更换率达30%，通过状态修将故障消灭在萌芽状态（图1、图2）。

图1 2016—2020 年RIOM 故障统计

图2 2016—2020 年20 列车RIOM 更换情况

3.1.2 原理分析

RIOM 电源板是将列车DC 110 V 电压转换为15 V 交流电和直流电，交流电输出给CPU（中央处理器）板和通信板使用，直流电用于I/O 输入输出板。如图3 所示，RIOM 电源板将DC 110 V 升压到DC 160 V，再变压至15 V 输出。R3 长时间工作在高压环境，特性受到影响，阻值下降。R4 上分得的电压升高，导致U1 输出信号异常，升压模块输出电压下降，变压器次级输出不足15 V。Q1 无法正常关断，R1、Q1 长时间处于非正常工作状态，产生大量热能，最终导致R1、Q1 烧坏，使RIOM 模块发生故障（图4）。

图3 RIOM 模块工作原理

图4 发热电阻

3.1.3 状态修工作内容

（1）准备工具拆除RIOM 模块上J1、J8 电源板。

（2）将拆卸下来的RIOM 电源板分别记录序列号及所在列车上的位置，并与可调电源测试仪连接，进行检测。分别记录空载档位、重载档位测量的电压值，并将记录数据与参考值比较，筛选异常数据电源板。对异常电源板进行元器件更换处理，处理完后将其接入老化测台，老化合格后对板件进行三防漆喷涂处理，干燥后将电源板装回对应的RIOM 中并进行记录。

（3）按照BTE 测试要求对RIOM 进行整体功能测试。

3.2 辅助系统辅助控制单元模块状态修

3.2.1 前期的故障数据统计

结合二次架修共开展20 列车80 个辅助控制单元，实际损坏占比40%但还未发生故障，并对剩余的60%进行了检测，确认电容的性能（图5）。

图5 20 列车80 个辅助控制单元故障情况

3.2.2 原理分析

辅助系统控制单元电源板的功能是将列车DC 110 V 电压转换为24 V 交流电，供逆变模块IM 相驱动板使用。

易产生故障的电容为220 μF 35 V、470 μF 63 V 滤波电容，该滤波电容的作用就是使滤波后输出的电压为稳定的直流电压（图6）。该批次电容由于长期工作后发生电解液渗漏现象，会产生两个影响：一是使电解电容滤波效果变差、电路工作不稳定；二是渗漏的电解液有较强的腐蚀性，它流到线路板上会导致PCB 铜线氧化甚至开路，从而导致电源板异常，最终引发辅助控制单元故障。

图6 损坏的板件

3.2.3 状态修工作内容

（1）准备工具，拆除辅助Agate 模块上ALIX 电源板。

（2）将拆卸下来的ALIX 电源板上电容进行检测，更换故障电容，并对电路板进行检测，检测无故障后，对板件进行三防漆喷涂处理，干燥后再将电源板装回对应的ALIX，并进行记录。

（3）按照BTE 测试要求对辅助Agate 进行整体功能测试。

3.3 乘客信息系统系统车厢控制单元状态修

3.3.1 故障数据统计

近5 年每年至少有12 个故障件，南延线共有126 台此模块（图7）。

图7 近5 年的乘客信息系统车厢控制单元故障统计

3.3.2 原理分析

SCU（Saloon Control Unit，车厢控制单元）是每节车厢PIS（Passenger Information System，乘客信息系统）的控制枢纽。它通过列车PIS 总线连接PCU（Passenger Car Unit，标准车当量数）同时通过数据与音频电路控制连接车厢内部的其他PIS 设备，SCU内部带有放大倍数和根据环境噪声自动增益可调节的数字程控功率放大器以驱动车厢内的扬声器，并同时控制多达8 个乘客紧急报警器及10 个LED 动态线路地图显示器和其他PIS 装置。根据数据统计，主要故障出现在设备的电源模块故障（图8）。

图8 电源工作原理

3.3.3 状态修工作内容

（1）准备工具拆除SCU 模块的电源板。

（2）将拆卸下来的电源板进行通电测试，然后对电源模块进行1/3～1/2 带载测试，判断电源模块输出能力与本身的性能参数作对比，发现问题更换电源模块，并对电路板进行检测，检测无故障后，将电源板装回对应的SCU 中并进行记录。

（3）按照乘客信息系统测试要求对SCU 进行整体功能测试。

4 结束语

车辆重要部件的电子维修要以运营的需求为目标，确定存在问题并结合列车的具体情况，确定维修的目标、方向和范围：在前期，要做好调研和准备工作，对接车辆部门做好重要部件寿命评估；实施时应寻找合适的时间窗口，结合车辆的架修和大修进行，减少资源浪费并且在维修时尽量采用成熟的技术，保证维修后系统的稳定，做好质量管控和产品功能测试验证；后期做好维修件的使用情况跟踪和数据统计分析维修与智能运维集合，将大数据与传统的数据作分析对比，器件及系统健康状态展示与统计分析，故障数据展示及智能化排查操作指导，基于数据分析输出产品预防性维护。