智能电源屏检修现状分析及改进策略

北京运捷科技有限公司 刘 锋 安士杰 张远德 张 鸣

智能电源屏是一种电源，具有转换效率高、稳压范围宽等优点，广泛应用于轨道交通信号系统中，为其内部其他设备提供稳定、可靠的电能。智能电源屏检修模式主要是根据维修规程，结合智能电源屏可靠性数据以及实际检修经验确定。

1 轨道交通信号智能电源屏的检修现状

1.1 检修项目

目前智能电源屏的检修模式主要分为临时检修和定期检修。临时检修主要包括日常维护保养、故障应急处理及应急抢险工作等。定期检修是在不同的周期内对设备进行不同的维修项目，包括周检、季检、半年检、年检、中修、大修等方式。各检修周期的时间可进行一定微调，如季检的最大提前、最大延期天数为10天，年检的最大提前、最大延期天数为30天。

每种定期检修均包含不同的检修项目：周检主要包括机柜外观检查、运行状态检查等；季检其基础上加入线缆及插接件检查；半年检包括机柜外观检查、运行状态检查、线缆及插接件检查、电气特性测试和试验；年检在半年检的基础上引入设备清洁、输入输出测量、漏流测试等。中修是指对轨道交通信号智能电源屏进行整修、补强、恢复和改善工作，并对不满足使用要求的部件进行更换，中修的时间间隔为5年；大修是指对信号系统设备及附属设备进行分解、更换或修复，以全面消除系统既有的隐患，恢复设备既有的设计功能和精度。大修时间间隔一般大于设备使用寿命的一半，通常定为10年，原则上设备使用寿命内只进行一次大修。

1.2 各检修项目的检修标准

机柜外观检查。标准为柜架保持稳固不歪倾，表面平整、不脱漆；柜门开启灵活，无变形，柜锁操作顺畅无卡阻，应有良好的密封性与防尘设施，电缆进线口封堵良好。此外还需保证柜内单元设备、模块安装稳固、不倾斜，外观良好无裂纹，各种号码牌固定良好文字标识齐全、正确，字迹清楚标识无脱落；防雷模块指示窗显示白色。

设备状态检查。主要包括设备运行状态、智能电源屏各模块工作状态、风扇运行状态等检查。设备运行状态检查标准主要包括屏1切换单元外显示面板显示正确：交流I、II路电源指示灯常亮红灯。当前正在使用的I、II路电源工作灯亮绿灯；故障灯不点亮。模块正常工作时：电源指示灯（绿）亮；保护指示灯（黄）灭；故障指示灯（红）灭；智能电源屏各模块工作状态检查标准主要是各模块面板指示灯无故障（红色）显示；风扇运行状态检查标准主要是风扇运行平稳，无异响。

线缆及插接件检查。主要包括机柜线缆及插接件、板卡安装情况检查；防雷设备检查及电气特性测试和试验等。其中机柜线缆及插接件的检查标准为机柜内各类线缆接线紧固，绑扎良好、无破损、吊牌齐全无缺失；设备插接件、模块、板卡安装牢固无松动、无破损。防雷设备检查标准为防雷模块无变色、变形或开裂，防雷空开处于闭合状态，工作正常。

电气特性测试和试验。主要包括手动操作监控单元显示屏、目测各项电压参数检测；检查声光报警功能；I、II路切换测试；模块冗余测试；60V、24V电源模块测试等。手动操作监控单元显示屏、目测各项电压参数检测需要满足的标准有：监测各项电压符合要求；轨道交通信号智能电源屏I、II路输入电压、交流道岔动作电源、380VAC备用回路AC380V±15%，直流道岔动作电源、220V备用回路为DC220V±10%；信号机电源、110VAC备用回路、50Hz相敏轨道局部电源：AC110V±10%；继电器电源、50Hz相敏轨道工作电源、熔丝报警电源、24V备用回路、LEU单元电源、折返按钮电源、折返按钮闪光电源、折返按钮稳光电源、IBP电源（本地）、紧急关闭按钮电源（本地）、安全门电源DC24V；洗车线接口电源、紧急关闭按钮电源（管辖区车站）、安全门电源（管辖区车站）。

检查声光报警功能检测标准为任意空开断开要有声光报警。I、II路切换测试检测标准为切换Ⅰ、Ⅱ路输入开关：两路市电输入正常，Ⅰ、Ⅱ路互相切换过程中供电正常，输出不受影响；模块冗余测试标准为断开同一束直流电源任一模块输入开关、输出电源稳定，关掉模块的负载电流自动分担至正常使用模块并无过流现象，监控单元显示屏显示相应的电源模块告警信息；60V、24V电源模块测试标准为单个模块带负载独立供电，断开其它相同模块后独立供电大于10分钟。

设备清洁检测主要包括块通风口清洁，保证通风口洁净无积尘，以及板卡表面、设备内部清洁保证设备清洁无积尘；输入输出电源测量主要标准为测量电压与监控单元显示屏上显示电压进行对比，数值应基本一致；漏流测试检测标准为维护支持系统终端测得的电源漏流相关数值不能超过维护支持系统设置的上下限数值。

1.3 检修不足之处

1.3.1 检修项目重叠

当前各种定期检修方式下的检修项目均存在一定的重叠，造成不必要的人员和资源浪费，且检修时间间隔越大的检修方式包含的检修项目与其他检修方式中的检修项目的重叠度越高。如，季检方式中包含了周检中的机柜外观检查和运行状态检查2个检修项目，年检中一共包含了4个重叠的检修项目。

1.3.2 检修周期与智能电源屏实际退化过程不符

智能电源屏内的各个电源模块的退化符合威布尔分布。即在设备服役初期退化速率较缓慢，随着服役时间的增加退化速率急剧增大。在这种退化规律下，以往安排的在设备全寿命周期内定周期的检修方式，通常忽略了智能电源屏退化速率的差异，将智能电源屏退化看作恒定速率。这种假定条件与智能电源屏实际的退化规律存在一定差异，且随着服役时间的增加，这种维修方式与设备实际退化所需检修相趋甚远。因此有必要对定周期检修方式下的检修周期进行调整。

1.3.3 智能电源屏内各冗余电源模块缺乏全面检测

智能电源屏内部各电源模块均存在冗余配置，如图1(a)所示，设定智能电源屏内部包含a个电源模块和a个冗余电源模块。其中，第i个电源模块Si和第i个冗余电源模块Ri存在对应关系。初始工作过程中，电源模块Si均为“服役状态”，而其对应的冗余电源模块Ri则均处于“待机状态”。当电源模块Si故障时，则需要对其安排维修工作。

为避免某个电源模块的维修工作对智能电源屏的正常工作产生影响，此时通常会立即将冗余电源模块Ri从“待机状态”切换为“服役状态”，以便接替电源模块Si的工作。此种情况下电源模块Si变为“待机状态”，冗余电源模块Ri变为“服役状态”，如图1(b)所示。由此可知，只要电源模块在服役中途出现故障，则此电源模块和其对应冗余电源模块的工作状态就会切换。因此，每次周期性维护时，需对电源模块Si和冗余电源模块Ri分别进行“待机状态”和“服役状态”两种工作模式下参数的检测。

2 改进智能电源屏维修方式

2.1 改进检修时间间隔

考虑到定期检修中的周检、季检、半年检主要是对智能电源屏的外观、线缆、接插件及运行状态进行初步的检测。此部分检测耗时较短、耗费的资源准备成本较少，因此这两种维修方式仍可保持原有的维修时间间隔，不做任何改动。年检中包含了智能电源屏的电气特性测试以及输入、输出量测量，这些检测对智能电源屏的健康程度至关重要。因此改进年检的维修时间间隔，以便使维修计划更贴近智能电源屏的退化情况。

首先，假定以往的年检中检测时间间隔是T，一共进行k次检测，智能电源屏的故障率在这k次检测中均维持恒定值h，每次检测的费用为C。本文在智能电源屏的故障率h中引入加速因子β(t)，则智能电源屏的故障率变为hβ(t)。改进后的故障率hβ(t)可表征智能电源屏故障率随服役时间的变化。设定每次年检的时间间隔不再是固定的T，而是随着检测次数的增加而增大，则设定第j次检测的时间间隔设定为Tj。综上可获得智能电源屏在工作时间内的年检总费用智能电源屏在运行过程中需要保证年检总费用Call最小、即min(Call)，对其进行求解可获得维修次数k和维修时间间隔Tj。

2.2 改进各检修方式内的检修项目

考虑到当前各种定期检修方式下的检修项目存在部分重叠的问题，本文对检修项目进行精简，去除各检修方式内的重叠检修项目。首先，周检中的检修项目保持恒定，即保持机柜外观检查、设备状态检查恒定。对季检与周检重叠的项目进行去除，则季检的项目变为线缆及插接件检查。将半年检的项目也进行去除，只剩余与季检不相同的项目，则半年检的项目变为电气特性测试和试验。采用同样的方法去除年检中与半年检重叠的项目，则年检仅保留设备清洁、输入输出测量、漏流测试等3个项目。

2.3 改进智能电源屏内冗余电源模块的检测方式

将电源模块Si和其对应的冗余电源模块Ri的检测方式由之前的仅进行各自工作模式下的检测，调整为开路、断路两种情况下均检测（图2）。设定每个电源模块的两种检测方式分别为G1和G2。其中，检测方式G1是指当电源模块处于“在役”工作方式时检测参数Vm，检测方式G2则指当电源模块处于“待机”工作方式时，检测参数Vn。其中，m为“在役”电源模块Si的检测时间，n为“待机”电源模块Ri的检测时间。

定义电源模块在“在役”、“待机”工作方式下的故障阈值分别为VRth、Vout。当电源模块Si的参数Vm超过阈值VRth，则判定电源模块Si处于故障状态。此时需立即将电源模块Si切换为“待机”工作方式，并将冗余电源模块Ri切换为“在役”工作方式，接替电源模块Si的工作。此外，在恰当的时机将处于故障状态的电源模块Si进行检修，检修后的电源模块变为Sup，i。

由于电源模块Si“在役”方式中的退化速率显著大于“待机”工作方式的电源模块Ri。因此这里仅是对“待机”冗余电源模块Ri的状态变化进行简单讨论。当电源模块Ri的检测参数Vn超过故障阈值Vout时，则证明电源模块Ri已经进入了故障模式，则在恰当时机对其进行检修，检修后此模块表示为块Rup，i。分别对切换为“在役”工作方式的电源模块Ri进行G1方式下的检测，对切换为“待机”模式的电源模块Sup,i进行G2方式下的检测。根据“在役”工作方式的电源模块Ri以及“待机”模式的电源模块Sup,i的检测，判断其状态，并在必要时进行检修。

综上，本文对智能电源屏的检修现状进行了归纳和总结，针对检修方式的三个局限性给出了三点改进措施，以便保障智能电源屏高可靠性运行，提升检修效率，节约检修成本。