浅析城市轨道交通中尘土对列车车载控制器的危害

崔耕

摘要：在基于通信的列车控制系统（Communications Based Train Control，CBTC）中，车载控制器起着核心作用，它保证列车准确定位、始终处于安全车速控制范围，使车地双向通信实时高效。因为城轨行车环境的作用，造成列车被尘土附着，以往工作中较为重视车体的清洁除尘，通常会忽视尘土对车载设备运行的影响，而文章以杭州地铁一号线列车为例，浅析尘土对车载控制器运行工作状态的危害及成因，希望可为城市轨道建设提供一定帮助。

关键词：城市轨道交通；尘土腐蚀；车载控制器

随着轨道交通线网密度的愈发复杂和行车速度的不断提升，迫切要求构建安全稳定、经济可行的信号系统。列车控制系统能够全面保障行车安全，并可提升运行效率，至关重要。在基于通信的列车控制系统中车载列控设备主要由微处理器及其它超大规模集成电路芯片组成，它与长久以来以安全继电器为核心的铁路信号设备所不同之处在于其器件不具备非对称故障特性。我国是一个环境污染严重的国家，尘士污染较他国相对严峻，而尘土污染是造成机电元件电接触故障的十分普遍。保护时刻暴露在尘土中的处理器及芯片电路免受尘土危害的影响，将能够进一步提高列车控制系统的可靠性，减少故障出现几率。

1 城市轨道车载控制器功能及组成概述

杭州一号线采用阿尔斯通和国内某车厂联合生产的“B”型电客列车。共6节车厢前后两端司机室各布置一台车载控制器。每个车载控制器包含一个移动通信系统（MR），一个查询器主机（TI），两套自动列车防护和运行（ATP/ATO）机笼，两个模拟加速度计，两个数字加速度计，三个安全继电器和连接器（用于和列车系统接口）。

车载控制器的主体是由两套自动列车防护与运行机笼组成。两机笼种共计装有2块以太网交换和扩展器板、3块主处理器板、2块主处理器外部存储器板、4块输入/输出板、1块移动无线主机和查询器电源板、1块机笼模块电源非安全继电器板、1块安全继电器板、1块查询应答器转换器板。该机笼主要负责确定列车位置、监督列车速度、确保适当的必要制动次序、管理列车控制模式、根据轨旁ZC提供的信息控制列车。由此可见，车载控制器运行稳定的关键在于两套自动列车防护和运行（ATP/ATO）机笼的正常工作。然而机笼中的板卡都为印刷电路板覆以微处理器及其它超大规模集成电路芯片组成。板卡的通电工作会影响周围电荷分布以及尘埃的沉降作用将吸附尘土附着其上。

2 列车设备中尘土的危害分析

2.1 尘土腐蚀

尘土颗粒在电子板卡接触表面发生的腐蚀为原电池腐蚀，湿度较高的潮湿环境中更容易发生。在地铁隧道中相对封闭潮湿的环境，恰恰有利于这种腐蚀的生成。隧道中长时间沉积轮对摩擦碎屑、列车受电弓碳刷碳粉残留及地铁土建残留物共同构成封闭隧道中主要尘埃物质。因为电子板卡不可能做到完全密封处理，尘土必然会能借助列车运动气流运动通过电器设备上的孔隙进入设备内部，由于设备内部电磁场和热场的作用而选择性沉积到电子板卡接触表面上。

当前电路板电镀工艺不可避免接点表面镀层上微孔的存在，在湿润环境下，因为灰尘的洗湿性接点表面会形成一层水膜，在接点表面上尘上颗粒中的水溶性盐类便会溶于水，便形成了电解液，这样就腐蚀生成物，并蔓延聚集到微孔表面，出现高接触电阻，严重时会使得接点断路。另外电路板表面在生产时存在一定的粗糙面，造成了局部区域气孔或者比较低凹的部位的存在，这些部位会由于毛细作用力的作用吸收水分，配合尘土溶液的腐蚀加速电子板卡的破损。

而尘土所含颗粒中不可溶成分，可能擦伤镀层表面，甚至使基底金属暴露而腐蚀；或在两导体之间形成漏电流，造成系统相关电路的失效。由于尘土对设备造成的上述种种危害，必然会加大车载控制器运行的安全隐患，最终引发故障。车载处理器中板卡电路如发生异常，相应的板卡将形成故障报警，使列车个别运行模式不可用，运行中的板卡突然停止工作，甚至导致列车紧急制动，影响线路的正常运营。

2.2 散热不良

在当前电子技术的发展下，电子元器件和设备的单位面积或体积功率密度日益加大，电子设备功率不断增大的同时体积逐渐缩小，而其带来的散热问题，便成了商家和研究者共同关注的焦点。据相关研究显示，电子仪器和设备的主要故障是过热而导致的损坏，电子仪器和设备的失效率是伴随着温度的升高成指数增长，还有更为严重的，一些器件还存在10℃法则，即环境温度每升高10℃，电子器件的失效率就会增大一倍以上。地铁封闭潮湿的环境要比陆地更加恶劣，随着温度的升高，损坏率将更严重并会影响设备的使用寿命。

尘土中多含纤维物质，纤维分为天然纤维和化学纤维两类，纤维物质有很强的附着性，在电子设备静电影响下裹挟尘土颗粒附着板卡上，随着时间推移不断增厚，严重影响板卡上电子元件的散热性，如处理板散热异常将影响其工作稳定性，车载系统将判定其工作失效。列车实际运行中偶发性的板卡报警，在一定程度上是因其散热不良所引发的。

3 尘土危害的应对措施

城市国道交通和社会发展密切相关，决定着一个国家的整体发展情况，进行城市轨道交通建设十分必要。但通过上述探讨不难发现，当前列车车载控制器普遍面临着尘土危害，而尘土所带来的危害是巨大的，不仅会影响设备的使用寿命，而且还会对城市轨道运行产生阻碍。基于这一问题，我们一定要采取有效的应对措施，坚持预防为主、综合治理的原则，做好预防和日常维修工作。我们应端正思想认识，摆正日常的工作态度，明确列车灰尘处理的现实意义，在正常的清洁过程，既要做好车体的清洁除尘，还应对车载设备进行全面的清洁处理，保证列车从内到外均整洁如一，严格检验，以免出现不良辐射的现象。同时，还应进行有效的散热处理，让设备元件始终处于正常温度范畴。另外，维修养护需以可靠性为主要内容，依据实际情况选择适宜的维修方式，主要包含定期、状态、事后维修及定期报废。制定详尽的维修计划，认真记录，通过统计表来呈现维修结报和维修成本等内容，有效规避列车运行异常问题的出现。

4 结束语

近几年，城市建设迅速崛起壮大，城市轨道交通也取得了深远的发展。城市地铁与轻轨项目大量涌现。在构建自动控制系统时，既然要强化技术创新，完善设计不足，也要在关注细微处保障设备的正常运行。尘土微小却时时在我们身边，提高尘土对城市轨道交通车载控制设备危害的认知十分必要。从而在车载设备设计与使用中更好的保证其工作效率，减少故障的发生，使地铁服务质量不断提高，更好的为人群提供高速便捷的出行方式。

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