地铁客室照明典型故障分析及解决措施

地铁客室照明典型故障分析及解决措施

董绕林

昆明地铁运营有限公司  云南昆明  650500

摘要:随着科学技术的发展，LED照明在各个行业中的运用较为广泛，它的控制方式趋向多样化，目前从智能感光控制、节能降耗、降本增效方面不断发展，取得很多显著的成绩，但在运用工程中也存在各种各样的问题。本文对地铁列车照明故障典型案例进行分析，对故障产生原因及采取的相应处理措施进行了阐述，为同类型故障的分析处理及制定解决措施提供理论依据。

关键词：地铁列车  照明控制  判断延时  水波纹 

引言：城市地铁列车照明系统是维持地铁正常运营的关键部件，具有使用安全、运行稳定及便于检修等特点，在使用过程中也存在一定的缺陷问题。某城市地铁线路列车采用LED照明灯具，照明系统具备应急照明、冗余切换、故障反馈、输出电压电流异常保护、四档拨码调光、地址编码等功能。在检修过程中发现多起照明驱动电源模块故障问题及灯具在视频监控下存在水波纹现象，本文对该类型故障进行剖析，制定相应处置措施，保障运营服务质量。

某城市地铁列车客室照明模块结构及驱动电源模块工作原理说明

该城市地铁列车为每列6节车编组，拖车设置有26块照明模块（每侧13块），动车设置有28块照明模块（每侧14块），单侧配置有两台功率为350W的驱动电源作为客室照明供电电源实现冗余切换，满足列车客室照明功能。

驱动电源故障反馈：如下图所示，地铁列车照明系统正常工作时TCMS1与TCMS2之间为开路状态；驱动电源模块输出出现过压、欠压、过流等异常时，继电器K2触点闭合TCMS1与TCMS2短接并将闭合信号反馈给总机，报出故障的同时驱动电源模块上红色指示灯亮。

当驱动电源正常工作时，PC3为高电平，光耦U8不工作且Q4不导通，继电器K2触点处于常开位置，此时故障信号输出端口TCMS1和TCMS2断开。

当驱动电源检测到输出异常时，PC3变为低电平，U8和Q4导通，继电器K2触点闭合，此时故障信号输出端口TCMS1和TCMS2闭合，驱动电源模块红色故障指示灯亮。同时驱动电源模块使能端CNT输出中断。

典型案例一：列车TCMS（列车控制和诊断系统）网络控制系统显示客室照明电源故障，但实际列车客室照明状态正常，针对该故障现象组织开展分析。

1.驱动电源模块自身故障：根据地铁列车客室照明设计原理接线方式，客室照明系统是按照控制同一侧灯具的两个电源互为冗余进行设计。两个电源中的一个发生故障时，其故障电源模块的内部单片机检测到故障后控制继电器动作，控制电路中一路将故障信号反馈给列车TCMS网络控制系统，另一路常开触点闭合后关闭自身驱动模块电源。

2.驱动电源模块插接不可靠及电源输入时间不一致：两个客室照明驱动电源模块发生:①任一驱动模块电源输入端接线连接不可靠；②列车电源输入时间不一致问题，影响照明驱动电源模块输入时间不一致。若出现上述问题的驱动电源模块将会比另外一个正常电源模块的上电时间慢，该模块将输出故障信号并关闭电源输出，由另一个电源模块接管输出。即使手动将故障电源输入端的接线连接好，继电器仍然继续保持动作状态，故障电源模块仍然处于关闭状态。只有两个冗余电源同时断电重新启动，故障现象才能消除。

3.地铁列车每节车的两个驱动电源模块分别安装于车厢的一位端和二位端，当每节车的两端客室照明电源启动不同步时，两个电源模块无法同时得电，上电时间慢的电源检测为故障状态时就会关闭电源输出，并发出故障信号，在进行断电重新启动之前，故障信号会一直持续。

针对以上分析结果，为解决上述控制模块供电不同步等现象导致的故障，对客室照明驱动电源模块控制程序进行优化，设置故障判断时间为10秒，并进行进一步验证分析。准备优化前后的各2个电源模块，同时选取两个断路器A和B，A断路器控制单侧电源通断电，B断路器控制两个电源模块整体通断电，分两组进行验证，验证步骤如下:

1.接通B断路器，使两个驱动电源模块同时得电；

2.断开A断路器，观察右侧驱动电源模块是否报故障；

3.10秒内(8秒)闭合A断路器，观察右侧驱动电源模块是否报故障；

4.B断路器断开再接通，观察是否报故障。

验证结论:

1.未优化故障判断时间的的驱动电源模块，操作第二步骤时，右侧驱动电源模块亮红灯，报故障；操作第三步骤时，仍然报故障，并未消除；操作第四步骤，故障消除。

2.故障判断时间优化后的驱动电源模块，所有步骤均未报故障。

列车客室照明电源模块的现场运用情况与其内部软件故障判断时间不匹配，造成TCMS列车网络控制系统显示客室照明电源故障但实际灯具照明正常的情况。通过将故障判断时间进行延时10秒，能有效排除供电输入不同步导致上报故障的问题。同时对优化后的电源模块进行装车验证1个月，验证期间未报相关故障，列车控制监控系统及照明系统运行状态正常。

典型案例二：在列车检修过程中发现客室照明灯具在监控显示屏下存在“水波纹”

的现象。

通过分析产生该种“水波纹”现象，是由于空间频率相近的两组或多组线条相互干涉、重叠后产生的，是两条线之间以一定的频率发生干涉的视觉结果，当肉眼无法分辨这些物体时，实际上就是放大了条纹之间的差异。如果列车客室内照明系统的闪烁频率（即电源的输出频率）、监控摄像头的扫描频率相近时，会在监控显示屏下呈现出“水波纹”现象。通过对照明驱动电源模块进行带载测试，电源模块的输出频率为90Hz，与普通的摄像头扫描频率85Hz频率接近，两者之间相互干渉导致异常现象。

由于该驱动电源模块输出频率过低，对驱动电源模块的输出频率进行优化调整为1KHz，经验证测试优化输出频率的电源模块，监控视频呈现出的“水波纹”现象已消除，满足现场使用及精度范围要求。

将调整输出频率后的驱动电源模块装车测试，对模块进行冗余功能、应急照明、亮度调节等测试功能正常，满足使用要求。对点亮的照明模块进行监控1小时，监控视频清晰无“水波纹”现象，通过运营观察一周无“水波纹”现象。

结论

通过对地铁列车照明系统在应用过程中发生驱动电源模块故障及监控设备下存在“水波纹”现象问题的研究分析，明确导致问题的原因为客室照明驱动电源模块内故障判断时间不匹配及不同设备输出频率相互干涉现象。对驱动电源模块故障判断时间进行调整优化，对输出频率进行调整后试验满足设计及使用需求，通过装车验证后，列车照明系统运行状态稳定，满足运营使用要求，优化后未发生类似事件，取得了明显的成效。

参考文献

[1]郭娟娟.地铁照明配电系统设计[J].机电信息，2018(18)

[2]张九红.地铁照明方法的研究.沈阳建筑大学,2011-06-20

[3]李艳.地铁内部空间照明设计研究[J].山西建筑,2010.34.013.