摘要：根据地铁车辆继电器的实际使用情况，结合笔者在继电器相关工作中积累的经验，对提高地铁车辆用继电器的可靠性方法进行分析，提出了继电器选型时的注意事项、使用过程中的改进建议。
关键词：地铁；继电器；可靠性
引言
继电器在列车控制方面发挥着重要的作用。地铁列车的信号传递、逻辑控制多由继电器完成，如检测车门状态、气制动状态，控制受电弓升降，激活司机台等。同时，继电器的使用数目众多，如广州地铁一号线列车共使用继电器480个，二号线列车共使用继电器428个。所以，继电器的状态将直接影响列车的运行情况。如何提高继电器的可靠性，保证地铁列车的安全运行，一直是地铁车辆工程师研究的课题。本文将从几方面介绍提高继电器可靠性的方法。
1、地铁车辆继电器故障原因分析
1.1 使用环境恶劣
地铁车辆继电器的数量很多，但是地铁的电器柜就只有有限的空间，所以对于继电器的安装厂家会对其实现密切性安装，这样就很不利于它的散热。与此同时，由于电器柜尘土较多，这个恶劣的环境会不同程度上导致地铁车辆继电器故障的产生。
1.2 继电器工况恶劣
地铁的继电器会在不同的回路进行应用，而有的动作很频繁，有的线圈的带电时间很长，动作频繁时可以达到每天两百多次，线圈带电的时间也会有16h长。长此以往，那些动作频繁或者带电时间长的地铁车辆继电器就会发生故障。
1.3 低压回路特性
(1)电压：蓄电池浮充过压，线圈的集中发热会更大，这样就会对机械的特性造成一定的影响。由于外部的电压发生转变，会造成稳定吸合时间的相应转变，故而操作的动作要是太快就会导致故障的发生。如果在操作中线圈发生断电，就会产生很大的反峰电压，这样情况要是没有安装好抑制二极管，直流电燃弧在触点上通过的时间就会因此而延长，以此界面膜电阻就非常容易产生，就会降低触电的导电性能，影响工作效率。
(2)电流：电流在触点上的通过是不能说是越小就越好，当触点上通过的电流在100mA以下时，就会非常显著的减弱电弧的作用，膜电阻是比较难击穿，非常容易造成低电平的失效。而当触点上通过的电流比较小的时候，特别是在动作频次低的地铁车辆继电器的动合触点，有很好的电弧冲击次数，在触点的表面非常黑或者非常厚，这也是故障常发的主要原因。
(3)负载类型：在地铁车辆继电器低负载的时候，存在很多接触不良等问题,而当地铁车辆继电器在高负载的时候，通常会发生电弧放电，最终导致触点的熔结等等故障。由于地铁车辆继电器负载电流的不同，负载电流在通断的时候就会有不同大小浪涌电流的产生。变压器、电机、照明等的负载中有较大的冲击电流流通, 因此常有接点熔化事故发生。
1.4 人为使用不当
(1)在具体工作中，有些人员随意的改变地铁车辆继电器原电路，这主要表现在对地铁车辆继电器日常的不正确检修或者改造等等；
(2)没有及时的清理地铁车辆继电器内尘土及杂物，导致地铁车辆机械经常存在卡死的现象；
(3)地铁车辆继电器的接线发生松动，长时间的使用导致的发热烧损，或者对接线接错；
(4)地铁车辆继电器的安装方向经常受到谐振的影响，导致触点的突然断开闭合；
(5)没有做好地铁车辆继电器的通风、滤尘。
2、地铁车辆继电器选型注意事项
选型是选用继电器的第一关，也是至关重要的一关，继电器在列车上使用可不可靠，关键看选型。地铁列车继电器的选型应结合其运行工况进行选择。灰尘多，则应密封性良好；散热不良，则应耐高温；动作频繁或得电时间长，则应动作性能良好。目前，市场上的继电器品牌繁多，但并非都适用于地铁列车。经过长时间进行继电器换型工作，认为应该注意以下几个方面。
2.1 优先选择密封性良好的继电器
密封继电器目前有施密特、安川等品牌。其中施密特继电器的外壳（见图1）具有 IP40 的防护等级，可有效地防尘。安川继电器的触头为密封形式，内充惰性气体，可有效减少拉弧现象。
图1 密封的施密特继电器
2.2 继电器的铁芯周围不能存在耐温低的材质
铁芯是继电器内部温度最高的部位，尤其是得电时间长的继电器，经现场测量，其铁芯的温度将长时间处于80~110℃的温度。在此环境下，耐热能力低的材质易发生脆化碎裂，导致继电器卡滞。广州地铁一号线列车原使用的继电器在铁芯上使用了塑料导向销，虽然厂家表示此材料的耐受温度为 140℃，但往往在使用两年后即脆化而断裂。据统计，2008年（继电器换型前）广州地铁一号线列车因此问题导致继电器卡滞、 动作不良的故障次数为76次，目前已通过继电器换型解决了此问题。
2.3 尽量选择一体式的继电器
一体式继电器，是相对于加装辅助触点的继电器而言的。一般8 对触点的继电器才有可能使用辅助触点。在使用过程中发现，辅助触点的故障率较继电器本体高，表现为偶发性的接触不良，继电器再次动作后故障消失。分析其原因为辅助触点块与本体之间的联动拉杆接触不良。广州地铁三号线列车平均1年发生30次此故障，而如使用一体式的继电器，则可解决此问题。目前一体式的继电器有西门子公司的3TH80-0LF4系列和施密特的D8系列。
2.4 选择继电器时应考虑触点的容量与实际负载相匹配，重点需注意感性负载
同样的触点，负载的感性成分越多，正常工作时所能承受的电流值越低。 图2为触头的寿命须达到100万次时电压和电流的关系曲线。图2（a）电感含量（L/R≤15 ms）是图2（b）（L/R≤1 ms）的15 倍。图2（b）在110 V时的额定工况电流值大于图 2（a）在 110 V 时的额定工况电流值，如图中折线（4）所示。在实际使用中，如果继电器的触点出现严重的烧灼现象，则是因为后级负载感性成分较大，超出触点允许的工作范围，应考虑换型。
图 2 继电器触点电流与电压曲线
3、继电器维护措施
选型是保证继电器可靠性的前提，而在列车运营过程中，采取适当的维护措施则是确保继电器可靠性的关键。常用的方法有：继电器并联、改善散热及定期更换。
3.1 继电器并联
在继电器的使用过程中，部分继电器的故障表现为当次故障，重新吸合一次后就正常了，可能是继电器的常开触点偶尔接触不良引起；还有一部分故障为继电器线圈烧损而无法正常得电吸合。针对这两种故障，并联继电器是理想的解决措施。继电器并联有两种方式，一种是加装继电器，使其与原继电器线圈和触点分别并联，此方案的要求是须有足够的空间；另一种是在原继电器上将未使用的触点与已使用的触点进行并联，此方案要求原继电器上有空闲的触点。这两种方案广州地铁均有使用。并联改造是提高继电器常开触点可靠性的有效方法，可以保证电路有效导通，但对于常闭触点无效。
3.2 改善散热环境
由于列车中的继电器均为密贴安装，散热不良，导致温度过高，将影响继电器的使用状态。解决此问题的方案除了选择耐高温的继电器之外，笔者认为还可以采取以下措施：1）在电气柜中增加风机，采用强迫风冷，这需要在设计时考虑散热风机的安装位置和气流流通路径；2）在每个继电器之间保持一定间隙。继电器厂家GE公司曾做过试验，试验结果说明，有间隙的温升低于无间隙的，具体测量结果如表1所示。保留间隙的方案，要求厂家在设计时即留有足够的空间。
3.3 定期更换
继电器作为一个开关元件，动作次数越高，可靠性越低。 图4 为 2004 年至 2008 年广州地铁二号线列车继电器故障分布图， 故障率呈逐年上升趋势，其中2004 年为列车开始运行的第一年 。从图3中可以看出 ，头三年故障率处于低点，从第四年开始上升。按照此规律，如果在第三年时更换继电器就可以保证低故障率，但花费的成本较高。笔者建议对继电器体系进行研究，找出动作频繁、位置关键的继电器进行定期更换。
图3 广州地铁二号线列车继电器故障分布
4、结束语：
以上方案是笔者进行继电器工作的经验总结，目前广州地铁各线正在进行相应的整改工作，继电器的可靠性得到了有效的改善。
参考文献：
[1]电磁继电器的使用可靠性初探[J]. 郑天丕,王水君. 机电元件. 2009(01).
[2]接触器式继电器的可靠性研究[J]. 刘帼巾,杨晨光,孙顺利,赵靖英. 低压电器. 2007(09).
[3]继电器可靠性影响因素分析[J]. 马存宝,成功,胡云兰,刘丽. 继电器. 2006(04).
论文作者:阮永辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：继电器论文; 触点论文; 地铁论文; 车辆论文; 电流论文; 可靠性论文; 列车论文; 《基层建设》2018年第22期论文;