动车组安全环路继电器故障研究与优化

　　摘要：新时代动车组安全环路继电器故障情况一直限制着动车组长久发展，若能充分研究继电器故障原因并提出优化措施，能够有效的提高动车组安全环路的安全性与可靠性。对于我国动车组进一步发展有着重要意义。

　　关键字：动车组 安全环路 继电器 故障 优化方案

　　从普通列车到和谐号再到复兴号，动车组安全性能不断提升，但依然摆脱不了安全环路继电器故障的困扰。根据中国铁路各区域集团有限公司统计动车组故障原因报告显示，动车组安全环路继电器发生故障平均每年314件。优化和改善继电器将是动车组安全环路发展的一大方向。

　　动车组安全环路继电器工作原理及特性

　　继电器是一种电子控制器件，可以控制其他设备，也可被其它设备控制。继电器以低电流控制高电流，在电路中起到安全保护、自动调节和转换电路的作用，此外，继电器有动作快、工作稳定、使用寿命长等优点特性，被广泛应用于自动控制电路中。在动车组制动安全环路、转向架监控安全环路、火警安全环路，以及列车网络、空调、照明等设备中都有继电器的应用。在动车组安全环路中，继电器是主电路和控制电路设计中有着不可撼动的地位，它可以使用低电压来控制高电压，既保证了设备的正常进行，也保护了操作人员的安全，在生活各个控制方面都可以看到继电器的身影。安全环路继电器不仅充当控制元件，同时担当信号转化元件。当继电器发生故障时，将直接导致信号反馈信息出现错误，进而影响动车组运行过程，甚至会触发动车组紧急制动机制，对动车组造成很大的伤害。

　　动车组安全环路继电器故障研究

　　1、继电器故障情况分析

　　在继电器排查过程中，我们无法准确直接的确定继电器发生故障的具体位置，必须将继电器全部拆除逐一检查，工作量十分巨大。对继电器故障情况进行统计分析，有利于确定检查、更换继电器的时机，减少人力物力的浪费。大量实践表明：继电器发生故障的概率与动车组行驶里程数有关，在最新的调查中显示：动车组运行100万千米后安全环路继电器发生故障次数逐渐上升，而当动车组行驶里程数大于250万千米后，发生故障的次数却在逐渐下降，最后趋于稳定。在动车组运行里程数大于100万千米就应该对动车组安全环路继电器进行检查，主要分为以下几部分：外部检查：主要观察继电器是否发生氧化现象、内部及机械部分检查：主要是检查继电器触点是否能进行正常的系和动作、继电器线圈过流电阻的检查：检查继电器电阻是否正常，并进行数据统计，来估计某一安全环路继电器最容易发生故障情况。

　　继电器故障原因分析

　　2.1吸合电流反常

　　吸合电流是指继电器能够产生系和动作的最小电流。在正常工作过程中，吸合电流必须大于系统给定的电流，只有这样继电器才能正常运行。在实际应用过程中，继电器工作时间过长将导致自身线圈工作电压大于额定工作电压，线圈处电流增大，产生大量热量烧毁线圈。动车组行驶里程数超过某一数值过后，继电器部分老化后者继电器内部发生损坏，吸合电流过小甚至未产生均无法支持继电器工作，导致命令信息传输失效，安全环路无法做出相应的回应，导致发生事故。这种故障情况发生概率很小，只要按要求对各继电器进行检查更新，都可以有效避免，本文并没有对此故障提出优化方案。

　　2.2继电器线圈阻值异常

　　曾有学者提出继电器线圈组织异常与继电器所处动车组的位置有关。但在实际动车组安全环路继电器维修报告中发现，制动安全环路继电器线圈阻值异常故障主要分布在动车组车头和动车组车身。这一调查反驳该学者提出的假设。对故障继电器进行拆解，分别在常温状态下、加热100摄氏度状态下测量线圈导通。经过测量，在常温状态下继电器线圈电流阻值正常，符合安全标准。在加热100摄氏度状态下线圈并不会发生触点吸合现象。进一步检查发现阴险焊接处封装不合理，存在开路现象。在动车组运行过程中，车头中、车身中的继电器工作温度分别达到30摄氏度、26摄氏度，线圈温度分别达到120摄氏度、110摄氏度。这就充分说明了继电器工作环境温度直接影响了线圈阻值。

　　2.3继电器触点接触不良导致故障

　　动车组安全环路使用的是电磁继电器，触点机械动作寿命一般在100万次左右。在故障继电器与崭新继电器的对比实验中，我们清晰地看到故障继电器明显不如新继电器色泽光亮，而且故障继电器由于内部发生氧化现象已经发黑、发暗，已经不能再使用了。用欧姆表分别对两种继电器进行触点阻抗值测试，测试结果却出人意料，故障的继电器与新继电器触点阻抗值别无二样，但发生故障的继电器也只是个别常闭触点阻抗值异常。但在动车组实际运行过程中，两种继电器触点阻抗值差距很大，我们进行试验应充分模仿继电器工作环境才能更真实反应继电器故障情况。

　　继电器优化方案

　　通过对继电器故障原因统计分析及研究，我们大致弄清了继电器故障发生原因提出了以下继电器优化方案。

　　1、继电器排布优化

　　继电器通常不是单独使用一个，而是采用多个继电器并联在按钮开关，达到互锁现象。几个继电器互相限制，共同控制电路，保证电器安全运行。传统安装方式是将继电器并排安装没有间隙，散热性能差。而将继电器间隔5毫米进行安装，在30摄氏度工作环境中继电器线圈温度降低大约20摄氏度。通过实验进一步观察，发现增加继电器安装间隙，继电器线圈工作时温度并不会高于110摄氏度，这项发现提高了继电器安全可靠性。经过实验证明，每个继电器间装填5毫米厚度隔片，在30摄氏度环境下工作24小时，继电器线圈阻值均正常。但间隙地增加会加大安装空间，需要重新设计相应规格的电气柜安装继电器。

　　2、继电器触点去氧化

　　在设计继电器排布过程中，我们可以增加一个去氧化电路，对继电器触点去氧化。具体方法：通过增加负载电阻使触点接触时能有微量电流通过，在触点断开地一瞬间，通过电流的作用去除氧化薄膜，达到自动清除氧化膜的效果，降低了触点阻抗效果。这种方法虽然增加了继电器的使用寿命，但同样需要重新设计电气柜，无论时电气柜空间、还是散热性能都需要改动，而且新加接线数，对与安装工人接线提出了新要求。

　　3、采用新型继电器

　　新型继电器根据新提出的特殊需求而特殊制造出的新型电磁式继电器。相比传统的继电器，体积更小、质量更轻、耐撞击、负载范围更大。现阶段新型继电器有非磁保持继电器和磁保持继电器两种。在优化措施中我们主要研究非磁保持继电器，非磁保持继电器是一种单稳态继电器，继电器线圈在特定的的电压激励作用下，其触点输出形态发生改变，但在线圈电压降低后，触点重新断开，达到控制效果。

　　采用新型继电器在一定程度上减少了触点氧化、线圈阻值异常的现象，而且新型继电器线圈采用复合材料，在导电性、耐高温性均高于传统电磁式继电器。在实际工作环境中工作，老式继电器发生故障概率是新型继电器的3倍多。新型继电器的应用推动了动车组安全环路进一步发展。本动车制造单位一直致力于研究各种新型继电器来适应动车组安全环路发展对继电器提出的全新要求。

　　动车论文范例：基于大数据的动车组运维数据服务平台研究

　　结语：大量的实验数据证明了继电器发生故障的原因，本动车制造单位针对继电器线圈电流阻值异常提出了继电器排布优化措施，降低了继电器线圈在高温环境下工作故障发生频率，针对触点氧化，提出了触点去氧化电路，有效延长了继电器使用寿命，进一步提高了继电器的可用性、可靠性。这些方案对于动车组安全环路继电器发展有着积极作用，对于其他环路继电器同样适用。

　　参考文献：

　　[1] 张奎全,王刚,张泰基.CRH380D型动车组BMS环路继电器故障排除及控制逻辑优化[J].轨道交通装备与技术,2019:57-59

　　[2] 孙华民.继电器触点接触电阻偏大的失效机理研究[J].华东科技(综合),2020:0322-0322

　　[3] 庄勇.CRH1A型动车组紧急制动安全回路原理及常见故障分析[J].成铁科技,2013:35-36

　　作者：扈金彪