地铁信号系统车载B系列欧标继电器的故障分析及优化维修策略探讨

弓行 佟通 王玉和

摘要：北京地铁4号线因运营年限较长，信号系统车载B系列欧标继电器故障频发导致列车退出运营故障增多，为提高车载信号系统可用性及可靠性，同时提升运营安全和效率，需对当前的继电器维护策略做出优化调整。通过对B系列继电器的各类故障进行分析，从而找到适合该线路的继电器维修策略，对行业内同类型车载继电器的运维具有参考价值。

关键词：地铁；信号系统；车载欧标继电器；故障分析；维修策略

中图分类号：U231.7；TM58    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2023）10-0072-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.10.020

0    引言

北京地铁4号线（以下简称“4号线”）于2009年9月开通运营，信号系统采用泰雷兹SelTrac的基于通信的列车控制系统（CBTC），其中车载信号系统（VOBC）的外围控制继电器为B系列欧标继电器。欧标继电器一般应用于要求极端可靠的重负载和安全关键回路，如各类轨道机车的门控制、紧急制动故障、牵引力控制等。4号线所使用的欧标继电器主要负责车载信号系统向车辆系统的命令输出，包括紧急制动继电器（EBR）、零速继电器（VZC）、无人自动折返使能继电器（DME）。4号线因运营年限较长，欧标继电器面临插片损耗老化、接点氧化严重[1]等痛点、难点，导致故障频发。另外，因信号系统的“故障导向安全”原则，当任一欧标继电器发生故障时，会导致VOBC主控系统进入保护模式，致使列车丢失自动驾驶/自动防护（ATO/ATP）模式，严重时将会导致列车退出正线运营。因此，结合运营维护实际，亟需对当前的欧标继电器维护策略做出调整。

1    继电器故障分析

4号线列车的B系列欧标继电器以B400与BWG400型号为主。B400接点为硬银覆盖层压铜，没有隔弧装置；BWG400接点为镀金接点，安装有隔弧装置。两种继电器均有4组双通双断触点（Z型），具备标准的熔点不转换安全触点，其安全锁功能的插入式设计使用机械键位实现防插错功能。

1.1    综合评估分析

目前执行的维修策略为对现场运用第6年的欧标继电器进行每年下线检测一次，在检测过程中发现欧标继电器主要存在的问题有插片变形、接点阻值超标、插片松动、鉴别销折断等现象，其中接点阻值超标是主要故障。根据现维修模式进行数据统计，2019—2021年共检测欧标继电器2 412台，不合格数量116台（含3台其他原因故障），检测不合格率4.81%，详情如表1所示。

对116台不合格继电器进行进一步分析，其中113台为接点电阻超标故障，3台为其他原因故障，接点电阻超标为继电器不合格主要原因。详情如下：

（1）接点中有黑色物质造成接点电阻阻值超标（500 mΩ以上），故障率4.68%，故障现象如图1所示。

（2）插片松动、接触点位移导致接触不良，3年共计故障1台，故障率0.04%，故障现象如图2所示。

（3）鉴别销折断导致继电器防插错功能失效，3年共计故障1台，故障率0.04%，故障现象如图3所示。

（4）插片变形导致无法正常安装，3年共计故障1台，故障率0.04%，故障现象如图4所示。

1.2    欧标继电器接点电阻超标影响运营统计分析

结合现场应用对接点电阻超标的欧标继电器进行分析，通过计算得出接点电阻超过1 200 Ω将会影响运营。如图5所示，紧急制动继电器线圈电阻为4 000 Ω，正常励磁电压110 V，最小励磁电压77 V，如满足紧急制动继电器最小励磁电压，回路中的VOBC EBR继电器接点电阻分压应小于33 V，即接点电阻小于1 200 Ω。在检测电阻超标的113台欧标继电器中，预计影响运营的欧标继电器数量是15台，影响运营接点数量占接点超标总数的13.27%，占检测总数（2 412台）的0.62%。

根据表2统计，欧标继电器在应用的第3年有1台接点电阻超过1 200 Ω，其余14台均在应用的第6年后接点电阻超过1 200 Ω，如未对继电器进行检测，继电器接点电阻升高后预计会影响运营。

1.3    欧标继电器接点阻值超标详细原因分析

通过高像素电子显微镜观察电阻超标的欧标继电器接点，电阻超标接点及正常接点均存在灰黑色粉末且接点镀层已经磨损，如图6所示。接点内部材质是银，外部有镀金层，镀金层磨损，内部材质银显露在外，接点表面发现大量灰黑色粉末。由于欧标继电器动接点接触面为弧形设计，静接点接触面为平面设计，因此两个接点接触为点接触，如灰黑色粉末落入接点间，接点电阻会突然增大[2]，增大范围取决于灰黑色粉末的电传导性，电阻值范围在几十毫欧至无穷。实际检测中均发现上一年检测为十几毫欧，转年检测为几万欧姆的情况，具体原因为银易与大气中的硫化气体反应，生成硫化银，其形态即灰黑色粉末，虽具有导电性，但导电率低于金、银。如果硫化银灰黑色粉末较多且暴露空气时间较长，外层会产生氧化膜，降低其电传导性。

1.4    欧标继电器应用时间与接点阻值关系

如表3所示，对不同应用时间的欧标继电器接点阻值进行统计分析，发现生产日期在2010年以前的接点阻值较小，生产日期在2012年之后的接点阻值明显升高。原因为2018年前对生产日期在2010年前的继电器进行过接点清洁工作，使此批继电器接点阻值普遍较小，而生产日期在2012年后的欧标继电器至今未进行过接点清洁。因此，随着应用时间的增加，接点电阻呈上升的趋势，如图7所示。

2    维修策略探讨

2.1    欧标继电器故障统计分析

如表4所示，4号线出现了5次因欧标继电器导致的列车故障。经现场排查，发现2台欧标继电器B2-C2接点不合格，接点表面存在电传导性较低的灰黑色粉末，且电传导性较低的灰黑色粉末受电流及动作影响产生位移，正好落入动、静接点接触的地方，此接点电阻值变化范围从毫欧至无穷大，造成接点无法接通。将继电器接点存在的灰黑色粉末擦拭后接点恢复正常，如图8所示。

2.2    欧标继电器检修建议

欧标继电器接点中的灰黑色粉末，是造成接点电阻突增及超标的主要原因，继电器电气寿命及机械寿命均未达到使用寿命。定期清洁欧标继电器接点[3]，即使用专用工具清洁氧化的接点及插片的氧化、烧灼层，可有效改善接点及插片表面氧化及电弧，并可避免灰黑色粉末过多。接点阻值与时间的关联性较高，根据现场故障信息，在清洁后第4年欧标继电器出现故障。结合该信息，为排除个别故障隐患，4号线应在继电器运用后每3年对继电器进行轮修，并对继电器接点进行清洁。

3    结语

本文根据4号线现状，对信号车载欧标继电器的故障种类及原因进行了详细分析。为保证设备运行稳定性、可靠性，保障设备运营表现良好，通过欧标继电器检测数据及故障分析，对欧标继电器的检修方式及检修周期提出了相关建议，即由之前以定期检测电阻合格为评判标准更改为对欧标继电器各接点的氧化物进行擦拭维护。本文可为其他使用同类型欧标继电器的地铁运营公司提供相关参考。

[參考文献]

[1] 易志安，林沛扬.地铁列车继电器触点可靠性及对策研究[J].机电信息，2015（6）：42-43.

[2] 杨军.铁路信号继电器接点问题研究[J].价值工程，2018，37（20）：274-275.

[3] 董小玉.JYJXC-160/260继电器检修程序与常见故障处理[J].通讯世界，2017（9）：242.

收稿日期：2023-02-10

作者简介：弓行（1989—），男，内蒙古人，工程师，研究方向：地铁信号系统设备运维。