成都地鐵車門外側指示燈異常點亮的故障分析及處理

陳 飛

（成都地鐵運營有限公司，四川成都 610000）

成都地鐵車門外側指示燈異常點亮的故障分析及處理

陳 飛

（成都地鐵運營有限公司，四川成都 610000）

介紹了成都地鐵 2 號線 2013 年及 2015 年發生的車體外側車門未關好指示燈異常點亮的故障現象，采用理論分析及現場實測的方法確定故障原因，提出故障處理措施，有效避免事故的再次發生，為成都地鐵新建線路車輛設計及車輛運營電氣故障處理提供相關經驗。

地鐵；車門指示燈；異常點亮；故障分析

1 概述

成都地鐵 2 號線車輛客室門采用雙扇電動內藏門，在每節車廂外側的中上部都設置車門未關好指示燈。該節車廂單側有1個及以上車門未關閉到位時該燈點亮，給瞭望的司機以醒目的提示。2 號線自2012 年 9 月 16 日開通運營至今，在 2013 年、2015 年 2 個時間段內集中出現過多次車門實際已全部關閉，而車門未關好指示燈仍保持點亮狀態的情況（簡稱“異常點亮故障”），該故障給行車造成了一定的影響。經過前后 2 次分析及測試，工程師查清了故障的原因，并提出處理方法，從根本上進行了整改。

2 2013年指示燈異常點亮故障

2.1 故障現象

2013 年 4 月 15 日 12 時 14 分，成都地鐵 2 號線 10202車在行政學院上行始發站臺發生故障。在全列車門都已關好、司機操縱臺門全關閉指示燈亮、司機顯示單元（DDU）顯示所有車門關閉的情況下，M1 車二位側車體外側車門未關好指示燈亮（表示該節車有車門未關閉）。經司機確認，全列車門狀態正常，DDU 顯示正常，門全關閉燈亮，重新開關 1 次車門后車外指示燈恢復正常。檢調立即安排人員跟車，惠王陵站上行時在 TC2 車二位側發生相同故障，司機再次開關門后恢復正常。

10202 車運營結束回庫后，查看 DDU 監控屏上無車門故障記錄，下載 TC2 車的 2、4、6、8 門門控器數據，無異常；檢查車門行程開關動作正常，接線均無異常；反復進行集控開關門動作，該故障現象在 TC2 車一位側重現。

2.2 原理分析

查電氣原理圖車外指示燈驅動部分（圖1）及門控器資料得知，每節車單側的車外車門指示燈是由該節車單側的 4 個門控器（EDCU）并聯控制的，每個門控器由輸出口繼電器觸點輸出DC110V到指示燈上面。

圖1 車外指示燈驅動

測量并分別從端子排上斷開 1、3、5、7 門門控器輸出的相關線路，確認該信號是由 1 門門控器輸出的，斷開該門控器控制電源后車外指示燈滅。更換該門控器，進行多次開關門試驗，確認該故障未再次出現。

分析門控器資料（表1），并將該故障門控器進行拆解，發現輸出口繼電器的觸點有損傷（圖2）。

表1 門控器參數

圖2 受損的繼電器觸點

查閱 SCHRACK 的 PCB 繼電器 V23061-B1005-A401（圖3）相關資料，確認繼電器觸點在 DC 110V 下的工作電流為 0.5A（圖4）。

圖3 SCHRACK 繼電器

圖4 繼電器工作電流電壓曲線

初步懷疑是 2 號線車輛使用的外側車門指示燈實際工作電流過大，造成門控器輸出口繼電器觸點燒損。進一步對比1號、2 號線車輛使用的外側車門指示燈，均為深圳恒之源生產的 LED 燈，兩種燈的規格如表2 所示。2 號線的 LED 燈功率雖然較大，但工作電流為 0.036A，遠小于門控器內部繼電器的驅動能力。

表2 成都地鐵1號、2 號線車外指示燈對比

2.3 現場測試

在成都地鐵 2 號線運營列車上隨機測量電客車的外側車門指示燈啟動電流， 瞬間高達 6.52 A（圖5）。單獨測試該指示燈的啟動電流，高達11.1 A（圖6）。該燈的功率為 4 W，理論上的工作電流是0.036 A，試驗測得的啟動電流約為正常工作電流的 200～300 倍，為 SCHRACK 繼電器工作能力的 13～22 倍。

圖5 指示燈在車上啟動的電流

圖6 指示燈單獨啟動的電流

2.4 故障原因分析

車體外側車門指示燈啟動時的電流過大，導致門控器輸出口繼電器觸點損傷，長時間使用后出現觸點粘合無法斷開的情況，從而導致指示燈常亮。因指示燈啟動電流持續時間較短，所以此故障不是每次開門都會出現。

2.5 整改措施及效果

對該 LED 燈進行換型調整，要求指示燈啟動電流小于門控器繼電器的工作電流。經測試，改進后的指示燈啟動峰值電流大小為 336 mA，持續時間為 2.9 ms（從啟動到達到正常工作的時間如圖7 所示），正常工作電流為 8 mA（圖8），實際功率 1.2 W 小于標稱最大功率 4 W。經過整改后的指示燈于 2013 年 7 月開始批量更換裝車。

3 2015年指示燈異常點亮故障

3.1 故障現象

2015 年 2 月至 7 月期間，成都地鐵 2 號線陸續出現15 次單節電客車的車體外側車門指示燈異常點亮、再次開關門后恢復正常的情況，每次故障均發生在不同的列車上。列車運營回庫后，下載門控器數據未發現異常、檢查車門相關接線正常，多次開關門試驗也不能重現故障，無法判斷是哪個門控器的繼電器沒有斷開，給車輛檢修人員造成很大的困惑。

圖7 改進后指示燈啟動電流

圖8 改進后指示燈工作電流

3.2 現場測試

2015 年 7 月，車輛專業工程師再次在現場實際測量，同時測試門控器繼電器輸出口輸出的啟動電流（圖9）和到達指示燈的啟動電流（圖10），發現門控器輸出端的電流達到了 1.49 A，而到達指示燈的電流僅為 396 mA。明顯看出，從門控器輸出的啟動電流過高。

圖9 繼電器輸出的啟動電流

圖10 指示燈的啟動電流

為進一步分析查找門控器輸出端啟動電流過高的原因，進行了不同環境下的指示燈工作情況測試。

（1）采用在運營列車上測量單一門控器驅動指示燈的方法，逐一測量門控器輸出的啟動電流及進入指示燈的電流，測試結果與并聯門控器驅動指示燈基本一致。

（2）斷開單節車單側 4 個門控器到指示燈之間的線纜，重新用外接線纜將各門控器與指示燈連接，外接線纜未通過列車的原有線槽走線，測試此時通過EDCU2 繼電器的啟動電流只有 460 mA（圖11）。將新增線纜在原線槽附近走線，測試門控器繼電器輸出口啟動電流，發現啟動電流在 1.13 A 左右（圖12）。

圖11 單獨布線后指示燈啟動電流

圖12 線槽附近布線后指示燈工作電流

經了解，該線槽中鋪設電客車部分子系統的 DC10V 和 AC380V 線纜，如 CCTV 和 PIDS 廣播系統、列車照明系統、部分列車硬線控制信號及空調系統。至此，基本上可以判定門控器輸出的多余啟動電流是不同交、直流電壓線纜之間的干擾所產生的耦合電流。

3.3 故障原因分析

經過測試分析，成都地鐵 2 號線車輛在 2013 年首次發生的車門指示燈異常是由于 LED 指示燈的啟動電流過大，造成部分門控器的內部繼電器觸點有損傷，繼電器觸點偶爾無法斷開引起的。通過改換 LED 指示燈型號，降低了指示燈的啟動電流，使之符合繼電器輸出標準。然而該板載繼電器是全封閉式的，繼電器觸點的實際損傷情況不能逐一進行檢查、更換，同時由于列車內部線槽中存在眾多中低壓的交、直流線纜，布線之間由于互相干擾產生耦合電流，導致流過門控器內部繼電器觸點的輸出電流仍然超過標準。隨著列車運行時間的增加，繼電器觸點損傷情況進一步惡化，導致車門指示燈異常點亮故障再次于 2015 年發生。

3.4 整改措施

針對過高的門控器觸點輸出電流，考慮多種方案進行抑制。

（1）在指示燈所在回路中增加二極管防止電流流入其他回路。此情況下，通過繼電器的啟動電流仍在 1.2 A 左右，并且該電流持續時間較短為毫秒級，此方案實際無法降低門控器繼電器啟動電流，故排除。

（2）在指示燈所在回路中增加限流電阻，限制通過門控器繼電器的啟動電流。未加限流電阻前啟動電流峰值約為 2.4 A，分別選用 100Ω 和 2.7 kΩ 的限流電阻進行測試。用 100 Ω 的限流電阻時，啟動電流限制到 1.6 A 左右；用 2.7 kΩ 限流電阻時，啟動電流在 1.1 A 左右。此方案對于限制電流的效果不明顯，且選擇較大阻值的限流電阻后會影響車門指示燈的亮度，排除此方案。

（3）由于繼電器輸出口抗沖擊電流的能力有限，考慮改用門控器內部未使用的金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET 管）控制指示燈，該 MOSFET 管的廠家型號為美國 VISHAY IRF740。相比較繼電器來說，MOSFET 管采用電氣元件的導通、關斷模擬開關的功能，沒有機械觸點，該場效應晶體管的輸出電流瞬間值可達 10 A，理論上能有效避免目前列車存在較大耦合電流的使用情況下繼電器觸點損傷粘連問題。此外，改從MOSFET 管輸出電流只需要刷新門控器的程序、調整門控器插頭 1 根接線即可，整個方案簡單易行。IRF740 MOSFET 管輸出能力如表3 所示。

表3 IRF740 絕對最大額定參數

3.5 整改方案可靠性驗證

為驗證門控器 MOSFET 管輸出的抗電流干擾能力，成都地鐵 2 號線車輛維保部門在實驗室模擬 4 個門控器并聯驅動 1 個啟動電流較大的指示燈（5A@2us）進行可靠性驗證。通過程序設置為門控器該輸出口保持 2 s 輸出、2 s 不輸出的方式，每天運行 8 h 以上（每天開關約 7 200 次）。從 2015 年 7 月 13 日至 8 月13 日，持續測試 1 個月（23 個工作日），總計動作約 165 600 次，試驗結果一切正常。初步認定改用 MOSFET 管驅動指示燈的方案可靠有效。

自 2015 年 9 月起，在成都地鐵 2 號線現場挑選近期發生過該故障的 209 列車，通過改變軟件輸出控制的方式，刷新第 3、4 節車廂的門控器程序，用門控器MOSFET 管輸出口控制車體外側指示燈。跟蹤 1 個月后無異常，進一步將 209 列其余 4 節車全部進行整改，運用正常。自 2015 年 11 月起擴大整改范圍到 223 列和 234列，繼續跟蹤驗證。截止 2016 年 4 月，現車驗證 6 個月無異常，隨即展開批量整改，在 7 月底前完成全部 42 列車的作業。

4 結語

成都 2 號線車輛車體外側車門未關好指示燈的啟動電流值過大，遠超出門控器內繼電器的工作范圍，繼電器觸點受損出現偶爾無法斷開的情況，導致該指示燈異常點亮故障在 2013 年發生。成都地鐵車輛維保部門雖然降低了指示燈的啟動電流，但是由于車內線槽的中低壓交、直流線纜互相干擾產生耦合電流，使得通過觸點的電流仍然超標，并且隨著列車運用里程的增加，觸點損傷持續惡化，指示燈異常點亮的故障在 2015 年再次爆發。因車內布線無法變動，改用內控器內 MOSFET 管輸出的方案，提高了電流通過能力。車輛廠設計列車電氣線路時，應充分考慮車內中低壓交、直流線纜的布線距離等問題，從而將線纜間互相干擾產生的耦合電流降到最低，進一步提高車輛電器的工作穩定性。

［1］ 南車青島四方機車車輛股份有限公司.成都地鐵2號線一期工程地鐵車輛使用維護說明書［G］.2011.

［2］ 李寶華.鐵路軌道電路紅光帶的故障原因及對策［J］.通訊世界，2015（12）.

［3］ 楊德清.LED實用技術直通車［M］.北京：電子工業出版社，2014.

［4］ 周鶴良.電氣工程師手冊［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［5］ 劉星平.功率場效應管驅動電路的研究［J］.電氣開關，2002（2）.

責任編輯 孫銳嬌

Fault Analysis and Treatment of Abnormal Indication Light-On outside Door on Chengdu Metro Line 2

Chen Fei

The paper introduces the faults of abnormal indicator light-on outside the door on Chengdu metro line 2 in 2013 and 2015.The theory analysis and fi eld measurement method is used to determine the fault cause.It proposes fault treatment measures， effectively preventing accidents happening again， and providing relevant experience of vehicle design and vehicle operational electrical fault treatment for the new lines of Chengdu metro.

metro， car door， indicator， abnormal lighton， fault analysis

U231+.8

陳飛（1979—），男，工程師

2016-03-25