降低地铁车辆客室照明故障率可行性方案

黄行 房展

摘 要：目前地铁车辆客室照明采用的照明部件基本为LED灯板，各类LED灯板基本的发光原理相同，其主要差异为：排列组合、形状、灯点类型和灯点密度差异。LED灯板在使用过程中主要的故障现象：为单体灯点被击穿导致整块灯板故障，需进行及时更换，其故障率随使用时间的增长不断提升，且LED灯板下方有灯罩板保护。因而会大大增加更换LED灯板的难度，故降低LED灯板故障率的可行性方案具备较高的实用性。

关键词：客室照明;LED灯板;故障率;实用性

目前各省市积极推动城市轨道交通建设，各地铁车辆蓬勃发展，其中客室照明给与乘客乘坐感受最为直观[1]。以宁波轨道交通2号线一期为例，客室照明采用高亮度LED冷光源灯板，其拥有发光颜色柔和、不刺眼、具有视觉效果好、功率低、抗振动、免维护及抗透烟雾能力强等特点[2]。

客室照明LED灯板在使用过程中存在故障率较高的障率随使用年限增长呈指数性上升，其故障现象为半块或整块灯板不亮。该故障需对故障灯板进行更换，少量灯板故障尚可进行更换，若故障灯板数量较多则人力物力无法支持。因此降低地铁车辆客室照明故障率的可行性方案需提上议程，以改善当前状况。

1 工作原理

宁波轨道交通2号线一期客室照明主要由驱动电源、LED灯板和灯罩板组成。其中每节车共设置有4个驱动电源于客室侧顶板一位端，将车载DC110 V控制电压转换为DC53 V输出电压供给LED灯板，每个驱动电源独立控制一路灯带，且可在供电故障情况下，自动降低PWM占空比的输出，保证客室照明有效。

2 故障原因分析

经过检测发现，大部分故障灯板故障现象为连续2～3个灯点被击穿，然后后方1个灯点被烧坏，由于灯点连接方式为单路16个灯点串连，两路并联的形式，一旦有个灯点烧坏就会导致半块灯板不亮。根据故障现象分析其根本原因为：（1）灯点存在个体寿命差异导致部分灯点容易被击穿。（2）存在峰值电压导致灯点受冲击甚至被击穿。（3）灯点存在磕碰破碎情况[3]。

3 方案论证

针对上述故障原因，我团队积极开展相关工作，经研究提出以下方案：（1）在客室照明灯板上增加稳压管，即每16个灯点配备有一个稳压管。（2）在客室照明驱动电源输出端增设滤波模块，限制其峰值电压[4]。

方案1优缺点如下：

优点：（1）该电路设计方案与宁波轨道交通1号线一期客室照明LED灯板设计方式相同，可靠性较高。（2）稳压管采购单价较为便宜，成本较低。

缺点：（1）2号线一期灯板无预留稳压稳压管焊接点位。（2）若可自行增加稳压三极管，其需在每块灯板上进行焊接，并需进行拆卸和安装，工作量巨大。以当前检修车间配置人力和工作量，该方案不现实。

方案2优缺点如下：

优点：（1）该方案可以在较大电压区间范围内进行稳压调节。（2）该方案操作较为方便，单个驱动电源安装滤波模块操作较为方便，时间可控制在5～8分钟。（3）该方案总工程量较小，只需在驱动模块上安装单个滤波模块，根据检修車间目前配置人力和工作量可在半个月内完成。

缺点：（1）该方案为新研究方案，参考其他地铁线路并无先例，可靠性需要进行试装论证。（2）滤波模块品牌型号的选择需要进行研究。

4 实验论证

（1）实验一。该实验需要观测模拟驱动电源正常输出时电压有效值和峰值电压，连接顺序如下：

根据该时间段测得示波器所显示波形，驱动电源正常工作有效电压在DC53 V～DC54 V之间，峰值电压为DC56.4 V，实验时间为60分钟，LED灯板正常发光。

（2）实验二。该实验需要观测模拟驱动电源串联滤波模块后正常输出时电压有效值和峰值电压，连接顺序如下：

根据该时间段测得示波器所显示波形，驱动电源正常工作有效电压在DC53 V～DC54 V之间，峰值电压为DC54.2 V，实验时间为60分钟，LED灯板正常发光。

（3）实验三。对比灯板在不同输入电压的情况下，不加装滤波模板与加装滤波模块的亮度区别（距离灯板高度70 cm）。具体结果如下：

上述三个实验可到以下结论：（1）未安装滤波模块时，波形较为混乱，尤其在关断时间段内比较跳跃，且峰值电压较高，存在一定的不稳定性。（2）安装滤波模块后，波形较为圆润、连续，规律性较强，电压跳变减少，且峰值电压明显下降。（3）安装滤波模块不影响灯板亮度，且可在一定范围内稳定LED灯板亮度。

5 装车实验

根据实际状况，规范安装方式如下：（1）滤波模块安装于驱动电源上方，通过厚双面胶的粘贴方式固定于驱动电源上表面，且不可堵塞驱动电源散热口。（2）滤波模块输出正负极导线与驱动电源原先输出正负极导线之间需用接线端子进行连接，提高规范性、安全性。（3）若部分导线长度不够，需进行加长，不可硬性弯折。

滤波模块试装工作后灯板效果如下：

6 跟踪记录

为确定该方案实际效果，我团队决定采取单侧安装的方式，即在单节车中一侧的2个客室照明驱动电源加装滤波模块，共6节且均为同一列车，跟踪周期为3个月。跟踪结果如下：（1）跟踪期间加装滤波模块侧LED灯板效果良好，无明显亮度差异，无闪灭灯情况发生。（2）未加装滤波模块侧LED灯板故障共10起，加装滤波模块侧LED灯板故障共1起。

7 结语

该客室照明驱动电源加装滤波器方案根据初步的跟踪记录，其可在一定程度上改善LED灯板故障率较高的问题，可达到节能创效的目的，也可节省人力物力，缓解检修压力。该方案于类似照明结构的地铁列车上具有普适性，可选择合适的滤波模块进行适配与安装，具有较强的实用性和经济性。

参考文献：

[1]苏丹.LED在地铁车厢照明中的应用及光学设计案例浅析[J].照明工程学报，2014，25（6）：46-49.

[3]王珊珊.LED照明灯具在地铁内的应用分析[J].中国科技纵横，2014（9）：6.

[3]吴亚军.宁波2号线LED异常分析报告[R].深圳恒之源技术股份有限公司，2019：1-2.

[4]甘同银.宁波2增购项目LED光源故障分析报告[R].深圳恒之源技术股份有限公司，2020：1-3.