智能電源屏檢修現狀分析及改進策略

北京運捷科技有限公司 劉 鋒 安士杰 張遠德 張 鳴

智能電源屏是一種電源，具有轉換效率高、穩壓范圍寬等優點，廣泛應用于軌道交通信號系統中，為其內部其他設備提供穩定、可靠的電能。智能電源屏檢修模式主要是根據維修規程，結合智能電源屏可靠性數據以及實際檢修經驗確定。

1 軌道交通信號智能電源屏的檢修現狀

1.1 檢修項目

目前智能電源屏的檢修模式主要分為臨時檢修和定期檢修。臨時檢修主要包括日常維護保養、故障應急處理及應急搶險工作等。定期檢修是在不同的周期內對設備進行不同的維修項目，包括周檢、季檢、半年檢、年檢、中修、大修等方式。各檢修周期的時間可進行一定微調，如季檢的最大提前、最大延期天數為10天，年檢的最大提前、最大延期天數為30天。

每種定期檢修均包含不同的檢修項目：周檢主要包括機柜外觀檢查、運行狀態檢查等；季檢其基礎上加入線纜及插接件檢查；半年檢包括機柜外觀檢查、運行狀態檢查、線纜及插接件檢查、電氣特性測試和試驗；年檢在半年檢的基礎上引入設備清潔、輸入輸出測量、漏流測試等。中修是指對軌道交通信號智能電源屏進行整修、補強、恢復和改善工作，并對不滿足使用要求的部件進行更換，中修的時間間隔為5年；大修是指對信號系統設備及附屬設備進行分解、更換或修復，以全面消除系統既有的隱患，恢復設備既有的設計功能和精度。大修時間間隔一般大于設備使用壽命的一半，通常定為10年，原則上設備使用壽命內只進行一次大修。

1.2 各檢修項目的檢修標準

機柜外觀檢查。標準為柜架保持穩固不歪傾，表面平整、不脫漆；柜門開啟靈活，無變形，柜鎖操作順暢無卡阻，應有良好的密封性與防塵設施，電纜進線口封堵良好。此外還需保證柜內單元設備、模塊安裝穩固、不傾斜，外觀良好無裂紋，各種號碼牌固定良好文字標識齊全、正確，字跡清楚標識無脫落；防雷模塊指示窗顯示白色。

設備狀態檢查。主要包括設備運行狀態、智能電源屏各模塊工作狀態、風扇運行狀態等檢查。設備運行狀態檢查標準主要包括屏1切換單元外顯示面板顯示正確：交流I、II路電源指示燈常亮紅燈。當前正在使用的I、II路電源工作燈亮綠燈；故障燈不點亮。模塊正常工作時：電源指示燈（綠）亮；保護指示燈（黃）滅；故障指示燈（紅）滅；智能電源屏各模塊工作狀態檢查標準主要是各模塊面板指示燈無故障（紅色）顯示；風扇運行狀態檢查標準主要是風扇運行平穩，無異響。

線纜及插接件檢查。主要包括機柜線纜及插接件、板卡安裝情況檢查；防雷設備檢查及電氣特性測試和試驗等。其中機柜線纜及插接件的檢查標準為機柜內各類線纜接線緊固，綁扎良好、無破損、吊牌齊全無缺失；設備插接件、模塊、板卡安裝牢固無松動、無破損。防雷設備檢查標準為防雷模塊無變色、變形或開裂，防雷空開處于閉合狀態，工作正常。

電氣特性測試和試驗。主要包括手動操作監控單元顯示屏、目測各項電壓參數檢測；檢查聲光報警功能；I、II路切換測試；模塊冗余測試；60V、24V電源模塊測試等。手動操作監控單元顯示屏、目測各項電壓參數檢測需要滿足的標準有：監測各項電壓符合要求；軌道交通信號智能電源屏I、II路輸入電壓、交流道岔動作電源、380VAC備用回路AC380V±15%，直流道岔動作電源、220V備用回路為DC220V±10%；信號機電源、110VAC備用回路、50Hz相敏軌道局部電源：AC110V±10%；繼電器電源、50Hz相敏軌道工作電源、熔絲報警電源、24V備用回路、LEU單元電源、折返按鈕電源、折返按鈕閃光電源、折返按鈕穩光電源、IBP電源（本地）、緊急關閉按鈕電源（本地）、安全門電源DC24V；洗車線接口電源、緊急關閉按鈕電源（管轄區車站）、安全門電源（管轄區車站）。

檢查聲光報警功能檢測標準為任意空開斷開要有聲光報警。I、II路切換測試檢測標準為切換Ⅰ、Ⅱ路輸入開關：兩路市電輸入正常，Ⅰ、Ⅱ路互相切換過程中供電正常，輸出不受影響；模塊冗余測試標準為斷開同一束直流電源任一模塊輸入開關、輸出電源穩定，關掉模塊的負載電流自動分擔至正常使用模塊并無過流現象，監控單元顯示屏顯示相應的電源模塊告警信息；60V、24V電源模塊測試標準為單個模塊帶負載獨立供電，斷開其它相同模塊后獨立供電大于10分鐘。

設備清潔檢測主要包括塊通風口清潔，保證通風口潔凈無積塵，以及板卡表面、設備內部清潔保證設備清潔無積塵；輸入輸出電源測量主要標準為測量電壓與監控單元顯示屏上顯示電壓進行對比，數值應基本一致；漏流測試檢測標準為維護支持系統終端測得的電源漏流相關數值不能超過維護支持系統設置的上下限數值。

1.3 檢修不足之處

1.3.1 檢修項目重疊

當前各種定期檢修方式下的檢修項目均存在一定的重疊，造成不必要的人員和資源浪費，且檢修時間間隔越大的檢修方式包含的檢修項目與其他檢修方式中的檢修項目的重疊度越高。如，季檢方式中包含了周檢中的機柜外觀檢查和運行狀態檢查2個檢修項目，年檢中一共包含了4個重疊的檢修項目。

1.3.2 檢修周期與智能電源屏實際退化過程不符

智能電源屏內的各個電源模塊的退化符合威布爾分布。即在設備服役初期退化速率較緩慢，隨著服役時間的增加退化速率急劇增大。在這種退化規律下，以往安排的在設備全壽命周期內定周期的檢修方式，通常忽略了智能電源屏退化速率的差異，將智能電源屏退化看作恒定速率。這種假定條件與智能電源屏實際的退化規律存在一定差異，且隨著服役時間的增加，這種維修方式與設備實際退化所需檢修相趨甚遠。因此有必要對定周期檢修方式下的檢修周期進行調整。

1.3.3 智能電源屏內各冗余電源模塊缺乏全面檢測

智能電源屏內部各電源模塊均存在冗余配置，如圖1(a)所示，設定智能電源屏內部包含a個電源模塊和a個冗余電源模塊。其中，第i個電源模塊Si和第i個冗余電源模塊Ri存在對應關系。初始工作過程中，電源模塊Si均為“服役狀態”，而其對應的冗余電源模塊Ri則均處于“待機狀態”。當電源模塊Si故障時，則需要對其安排維修工作。

為避免某個電源模塊的維修工作對智能電源屏的正常工作產生影響，此時通常會立即將冗余電源模塊Ri從“待機狀態”切換為“服役狀態”，以便接替電源模塊Si的工作。此種情況下電源模塊Si變為“待機狀態”，冗余電源模塊Ri變為“服役狀態”，如圖1(b)所示。由此可知，只要電源模塊在服役中途出現故障，則此電源模塊和其對應冗余電源模塊的工作狀態就會切換。因此，每次周期性維護時，需對電源模塊Si和冗余電源模塊Ri分別進行“待機狀態”和“服役狀態”兩種工作模式下參數的檢測。

2 改進智能電源屏維修方式

2.1 改進檢修時間間隔

考慮到定期檢修中的周檢、季檢、半年檢主要是對智能電源屏的外觀、線纜、接插件及運行狀態進行初步的檢測。此部分檢測耗時較短、耗費的資源準備成本較少，因此這兩種維修方式仍可保持原有的維修時間間隔，不做任何改動。年檢中包含了智能電源屏的電氣特性測試以及輸入、輸出量測量，這些檢測對智能電源屏的健康程度至關重要。因此改進年檢的維修時間間隔，以便使維修計劃更貼近智能電源屏的退化情況。

首先，假定以往的年檢中檢測時間間隔是T，一共進行k次檢測，智能電源屏的故障率在這k次檢測中均維持恒定值h，每次檢測的費用為C。本文在智能電源屏的故障率h中引入加速因子β(t)，則智能電源屏的故障率變為hβ(t)。改進后的故障率hβ(t)可表征智能電源屏故障率隨服役時間的變化。設定每次年檢的時間間隔不再是固定的T，而是隨著檢測次數的增加而增大，則設定第j次檢測的時間間隔設定為Tj。綜上可獲得智能電源屏在工作時間內的年檢總費用智能電源屏在運行過程中需要保證年檢總費用Call最小、即min(Call)，對其進行求解可獲得維修次數k和維修時間間隔Tj。

2.2 改進各檢修方式內的檢修項目

考慮到當前各種定期檢修方式下的檢修項目存在部分重疊的問題，本文對檢修項目進行精簡，去除各檢修方式內的重疊檢修項目。首先，周檢中的檢修項目保持恒定，即保持機柜外觀檢查、設備狀態檢查恒定。對季檢與周檢重疊的項目進行去除，則季檢的項目變為線纜及插接件檢查。將半年檢的項目也進行去除，只剩余與季檢不相同的項目，則半年檢的項目變為電氣特性測試和試驗。采用同樣的方法去除年檢中與半年檢重疊的項目，則年檢僅保留設備清潔、輸入輸出測量、漏流測試等3個項目。

2.3 改進智能電源屏內冗余電源模塊的檢測方式

將電源模塊Si和其對應的冗余電源模塊Ri的檢測方式由之前的僅進行各自工作模式下的檢測，調整為開路、斷路兩種情況下均檢測（圖2）。設定每個電源模塊的兩種檢測方式分別為G1和G2。其中，檢測方式G1是指當電源模塊處于“在役”工作方式時檢測參數Vm，檢測方式G2則指當電源模塊處于“待機”工作方式時，檢測參數Vn。其中，m為“在役”電源模塊Si的檢測時間，n為“待機”電源模塊Ri的檢測時間。

定義電源模塊在“在役”、“待機”工作方式下的故障閾值分別為VRth、Vout。當電源模塊Si的參數Vm超過閾值VRth，則判定電源模塊Si處于故障狀態。此時需立即將電源模塊Si切換為“待機”工作方式，并將冗余電源模塊Ri切換為“在役”工作方式，接替電源模塊Si的工作。此外，在恰當的時機將處于故障狀態的電源模塊Si進行檢修，檢修后的電源模塊變為Sup，i。

由于電源模塊Si“在役”方式中的退化速率顯著大于“待機”工作方式的電源模塊Ri。因此這里僅是對“待機”冗余電源模塊Ri的狀態變化進行簡單討論。當電源模塊Ri的檢測參數Vn超過故障閾值Vout時，則證明電源模塊Ri已經進入了故障模式，則在恰當時機對其進行檢修，檢修后此模塊表示為塊Rup，i。分別對切換為“在役”工作方式的電源模塊Ri進行G1方式下的檢測，對切換為“待機”模式的電源模塊Sup,i進行G2方式下的檢測。根據“在役”工作方式的電源模塊Ri以及“待機”模式的電源模塊Sup,i的檢測，判斷其狀態，并在必要時進行檢修。

綜上，本文對智能電源屏的檢修現狀進行了歸納和總結，針對檢修方式的三個局限性給出了三點改進措施，以便保障智能電源屏高可靠性運行，提升檢修效率，節約檢修成本。