摘要：新時(shí)代動(dòng)車組安全環(huán)路繼電器故障情況一直限制著動(dòng)車組長(zhǎng)久發(fā)展，若能充分研究繼電器故障原因并提出優(yōu)化措施，能夠有效的提高動(dòng)車組安全環(huán)路的安全性與可靠性。對(duì)于我國(guó)動(dòng)車組進(jìn)一步發(fā)展有著重要意義。

　　關(guān)鍵字：動(dòng)車組 安全環(huán)路 繼電器 故障 優(yōu)化方案

　　從普通列車到和諧號(hào)再到復(fù)興號(hào)，動(dòng)車組安全性能不斷提升，但依然擺脫不了安全環(huán)路繼電器故障的困擾。根據(jù)中國(guó)鐵路各區(qū)域集團(tuán)有限公司統(tǒng)計(jì)動(dòng)車組故障原因報(bào)告顯示，動(dòng)車組安全環(huán)路繼電器發(fā)生故障平均每年314件。優(yōu)化和改善繼電器將是動(dòng)車組安全環(huán)路發(fā)展的一大方向。

　　動(dòng)車組安全環(huán)路繼電器工作原理及特性

　　繼電器是一種電子控制器件，可以控制其他設(shè)備，也可被其它設(shè)備控制。繼電器以低電流控制高電流，在電路中起到安全保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路的作用，此外，繼電器有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)特性，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中。在動(dòng)車組制動(dòng)安全環(huán)路、轉(zhuǎn)向架監(jiān)控安全環(huán)路、火警安全環(huán)路，以及列車網(wǎng)絡(luò)、空調(diào)、照明等設(shè)備中都有繼電器的應(yīng)用。在動(dòng)車組安全環(huán)路中，繼電器是主電路和控制電路設(shè)計(jì)中有著不可撼動(dòng)的地位，它可以使用低電壓來(lái)控制高電壓，既保證了設(shè)備的正常進(jìn)行，也保護(hù)了操作人員的安全，在生活各個(gè)控制方面都可以看到繼電器的身影。安全環(huán)路繼電器不僅充當(dāng)控制元件，同時(shí)擔(dān)當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)化元件。當(dāng)繼電器發(fā)生故障時(shí)，將直接導(dǎo)致信號(hào)反饋信息出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而影響動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程，甚至?xí)�觸發(fā)動(dòng)車組緊急制動(dòng)機(jī)制，對(duì)動(dòng)車組造成很大的傷害。

　　動(dòng)車組安全環(huán)路繼電器故障研究

　　1、繼電器故障情況分析

　　在繼電器排查過(guò)程中，我們無(wú)法準(zhǔn)確直接的確定繼電器發(fā)生故障的具體位置，必須將繼電器全部拆除逐一檢查，工作量十分巨大。對(duì)繼電器故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有利于確定檢查、更換繼電器的時(shí)機(jī)，減少人力物力的浪費(fèi)。大量實(shí)踐表明：繼電器發(fā)生故障的概率與動(dòng)車組行駛里程數(shù)有關(guān)，在最新的調(diào)查中顯示：動(dòng)車組運(yùn)行100萬(wàn)千米后安全環(huán)路繼電器發(fā)生故障次數(shù)逐漸上升，而當(dāng)動(dòng)車組行駛里程數(shù)大于250萬(wàn)千米后，發(fā)生故障的次數(shù)卻在逐漸下降，最后趨于穩(wěn)定。在動(dòng)車組運(yùn)行里程數(shù)大于100萬(wàn)千米就應(yīng)該對(duì)動(dòng)車組安全環(huán)路繼電器進(jìn)行檢查，主要分為以下幾部分：外部檢查：主要觀察繼電器是否發(fā)生氧化現(xiàn)象、內(nèi)部及機(jī)械部分檢查：主要是檢查繼電器觸點(diǎn)是否能進(jìn)行正常的系和動(dòng)作、繼電器線圈過(guò)流電阻的檢查：檢查繼電器電阻是否正常，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，來(lái)估計(jì)某一安全環(huán)路繼電器最容易發(fā)生故障情況。

　　繼電器故障原因分析

　　2.1吸合電流反常

　　吸合電流是指繼電器能夠產(chǎn)生系和動(dòng)作的最小電流。在正常工作過(guò)程中，吸合電流必須大于系統(tǒng)給定的電流，只有這樣繼電器才能正常運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，繼電器工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將導(dǎo)致自身線圈工作電壓大于額定工作電壓，線圈處電流增大，產(chǎn)生大量熱量燒毀線圈。動(dòng)車組行駛里程數(shù)超過(guò)某一數(shù)值過(guò)后，繼電器部分老化后者繼電器內(nèi)部發(fā)生損壞，吸合電流過(guò)小甚至未產(chǎn)生均無(wú)法支持繼電器工作，導(dǎo)致命令信息傳輸失效，安全環(huán)路無(wú)法做出相應(yīng)的回應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)生事故。這種故障情況發(fā)生概率很小，只要按要求對(duì)各繼電器進(jìn)行檢查更新，都可以有效避免，本文并沒(méi)有對(duì)此故障提出優(yōu)化方案。

　　2.2繼電器線圈阻值異常

　　曾有學(xué)者提出繼電器線圈組織異常與繼電器所處動(dòng)車組的位置有關(guān)。但在實(shí)際動(dòng)車組安全環(huán)路繼電器維修報(bào)告中發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)安全環(huán)路繼電器線圈阻值異常故障主要分布在動(dòng)車組車頭和動(dòng)車組車身。這一調(diào)查反駁該學(xué)者提出的假設(shè)。對(duì)故障繼電器進(jìn)行拆解，分別在常溫狀態(tài)下、加熱100攝氏度狀態(tài)下測(cè)量線圈導(dǎo)通。經(jīng)過(guò)測(cè)量，在常溫狀態(tài)下繼電器線圈電流阻值正常，符合安全標(biāo)準(zhǔn)。在加熱100攝氏度狀態(tài)下線圈并不會(huì)發(fā)生觸點(diǎn)吸合現(xiàn)象。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)陰險(xiǎn)焊接處封裝不合理，存在開(kāi)路現(xiàn)象。在動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中，車頭中、車身中的繼電器工作溫度分別達(dá)到30攝氏度、26攝氏度，線圈溫度分別達(dá)到120攝氏度、110攝氏度。這就充分說(shuō)明了繼電器工作環(huán)境溫度直接影響了線圈阻值。

　　2.3繼電器觸點(diǎn)接觸不良導(dǎo)致故障

　　動(dòng)車組安全環(huán)路使用的是電磁繼電器，觸點(diǎn)機(jī)械動(dòng)作壽命一般在100萬(wàn)次左右。在故障繼電器與嶄新繼電器的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，我們清晰地看到故障繼電器明顯不如新繼電器色澤光亮，而且故障繼電器由于內(nèi)部發(fā)生氧化現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)黑、發(fā)暗，已經(jīng)不能再使用了。用歐姆表分別對(duì)兩種繼電器進(jìn)行觸點(diǎn)阻抗值測(cè)試，測(cè)試結(jié)果卻出人意料，故障的繼電器與新繼電器觸點(diǎn)阻抗值別無(wú)二樣，但發(fā)生故障的繼電器也只是個(gè)別常閉觸點(diǎn)阻抗值異常。但在動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，兩種繼電器觸點(diǎn)阻抗值差距很大，我們進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)充分模仿繼電器工作環(huán)境才能更真實(shí)反應(yīng)繼電器故障情況。

　　繼電器優(yōu)化方案

　　通過(guò)對(duì)繼電器故障原因統(tǒng)計(jì)分析及研究，我們大致弄清了繼電器故障發(fā)生原因提出了以下繼電器優(yōu)化方案。

　　1、繼電器排布優(yōu)化

　　繼電器通常不是單獨(dú)使用一個(gè)，而是采用多個(gè)繼電器并聯(lián)在按鈕開(kāi)關(guān)，達(dá)到互鎖現(xiàn)象。幾個(gè)繼電器互相限制，共同控制電路，保證電器安全運(yùn)行。傳統(tǒng)安裝方式是將繼電器并排安裝沒(méi)有間隙，散熱性能差。而將繼電器間隔5毫米進(jìn)行安裝，在30攝氏度工作環(huán)境中繼電器線圈溫度降低大約20攝氏度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)增加繼電器安裝間隙，繼電器線圈工作時(shí)溫度并不會(huì)高于110攝氏度，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)提高了繼電器安全可靠性。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，每個(gè)繼電器間裝填5毫米厚度隔片，在30攝氏度環(huán)境下工作24小時(shí)，繼電器線圈阻值均正常。但間隙地增加會(huì)加大安裝空間，需要重新設(shè)計(jì)相應(yīng)規(guī)格的電氣柜安裝繼電器。

　　2、繼電器觸點(diǎn)去氧化

　　在設(shè)計(jì)繼電器排布過(guò)程中，我們可以增加一個(gè)去氧化電路，對(duì)繼電器觸點(diǎn)去氧化。具體方法：通過(guò)增加負(fù)載電阻使觸點(diǎn)接觸時(shí)能有微量電流通過(guò)，在觸點(diǎn)斷開(kāi)地一瞬間，通過(guò)電流的作用去除氧化薄膜，達(dá)到自動(dòng)清除氧化膜的效果，降低了觸點(diǎn)阻抗效果。這種方法雖然增加了繼電器的使用壽命，但同樣需要重新設(shè)計(jì)電氣柜，無(wú)論時(shí)電氣柜空間、還是散熱性能都需要改動(dòng)，而且新加接線數(shù)，對(duì)與安裝工人接線提出了新要求。

　　3、采用新型繼電器

　　新型繼電器根據(jù)新提出的特殊需求而特殊制造出的新型電磁式繼電器。相比傳統(tǒng)的繼電器，體積更小、質(zhì)量更輕、耐撞擊、負(fù)載范圍更大。現(xiàn)階段新型繼電器有非磁保持繼電器和磁保持繼電器兩種。在優(yōu)化措施中我們主要研究非磁保持繼電器，非磁保持繼電器是一種單穩(wěn)態(tài)繼電器，繼電器線圈在特定的的電壓激勵(lì)作用下，其觸點(diǎn)輸出形態(tài)發(fā)生改變，但在線圈電壓降低后，觸點(diǎn)重新斷開(kāi)，達(dá)到控制效果。

　　采用新型繼電器在一定程度上減少了觸點(diǎn)氧化、線圈阻值異常的現(xiàn)象，而且新型繼電器線圈采用復(fù)合材料，在導(dǎo)電性、耐高溫性均高于傳統(tǒng)電磁式繼電器。在實(shí)際工作環(huán)境中工作，老式繼電器發(fā)生故障概率是新型繼電器的3倍多。新型繼電器的應(yīng)用推動(dòng)了動(dòng)車組安全環(huán)路進(jìn)一步發(fā)展。本動(dòng)車制造單位一直致力于研究各種新型繼電器來(lái)適應(yīng)動(dòng)車組安全環(huán)路發(fā)展對(duì)繼電器提出的全新要求。

　　動(dòng)車論文范例：基于大數(shù)據(jù)的動(dòng)車組運(yùn)維數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)研究

　　結(jié)語(yǔ)：大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了繼電器發(fā)生故障的原因，本動(dòng)車制造單位針對(duì)繼電器線圈電流阻值異常提出了繼電器排布優(yōu)化措施，降低了繼電器線圈在高溫環(huán)境下工作故障發(fā)生頻率，針對(duì)觸點(diǎn)氧化，提出了觸點(diǎn)去氧化電路，有效延長(zhǎng)了繼電器使用壽命，進(jìn)一步提高了繼電器的可用性、可靠性。這些方案對(duì)于動(dòng)車組安全環(huán)路繼電器發(fā)展有著積極作用，對(duì)于其他環(huán)路繼電器同樣適用。

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　　作者：扈金彪