一、轨道交通设备要面对什么样的环境
(一)从机车到地面设备,环境差异巨大
轨道交通装备是一个庞大的系统,从牵引机车、动车组到信号系统、供电设备、通信设备、车站机电设备,各类电子设备分布在不同位置,面对的服役环境差异极大。
机车和车辆上的电子设备随车运行,夏季车厢内和电气柜内温度高,冬季北方线路环境温度低,设备还经受振动、冲击和频繁的温度变化。安装在车下的设备(牵引变流器、辅助变流器、制动控制装置)环境更恶劣,直接暴露在轨道下的灰尘、雨雪和剧烈温变中。地面设备(信号系统、通信基站、供电所亭)则长期固定安装,经受冬夏温差、日晒和风沙。
这些环境的共同特点是温度跨度大、温变频繁、工况严苛,电子设备的可靠性直接关系到行车**和运营效率。轨道交通装备在交付前必须经过完整的环境可靠性测试。
(二)故障的代价决定了测试的必要性
轨道交通是**等级最高的运输系统之一。信号设备故障可能导致列车停运甚至**事故,牵引设备故障可能导致列车中途抛锚,供电设备故障可能影响整条线路运行。与消费电子不同,轨道交通设备的可靠性问题直接影响公共**,测试的必要性和严格程度远高于一般工业产品。
轨道交通装备采购方(路局、城轨公司、车辆厂)对供应商有严格的准入要求,设备需要通过规定的型式试验和可靠性验证,环境试验是其中的必备环节。
二、轨道交通行业的环境测试标准
(一)EN50155 是车载电子设备的核心标准
轨道交通车载电子设备环境测试的核心标准是 EN50155《铁路应用 —— 机车车辆用电子设备》。该标准规定了车载电子设备的工作温度等级、温湿度条件、振动冲击要求和试验方法,是车辆电子设备设计、测试和采购的共同依据。
EN50155 将车载设备按安装位置分为不同温度等级。安装在车内的设备温度等级相对温和,安装在车顶、车下等位置的环境温度等级要求更高,覆盖 - 40℃至 + 70℃或更宽的温区范围。标准对不同温度等级的设备规定了对应的高温工作、低温工作、温度循环、湿热等测试要求。
(二)地面设备的标准体系
地面设备(信号、通信、供电)的测试标准与车载设备有所不同,通常参照各专业领域对应的标准或企业规范。信号系统设备的环境测试参照相关铁路信号标准,通信设备参照通信行业标准,供电设备参照电力电子设备标准。这些标准对温湿度条件、循环次数、测试方法的规定与 EN50155 有差异,测试时需要按对应的标准执行。
(三)标准的共性要求
无论车载还是地面设备,轨道交通行业标准的环境测试都强调:覆盖设备实际服役的温度范围并留有余量、模拟设备实际经历的温度变化过程、测试结果可追溯、测试过程可审核。测试设备需要具备覆盖宽温区、可控温变过程、完整数据记录的能力。
三、不同子系统的测试需求差异
(一)车载电子设备
车载电子设备包括牵引控制、辅助供电、制动控制、网络通信、旅客信息等系统。这些设备安装在车体不同位置,温度等级不同。车下设备环境最恶劣,需要覆盖 - 40℃至 + 70℃甚至更宽的温区;车内设备环境相对温和,但空调故障等工况下温度也可能升高。
车载设备的测试重点是高低温工作、温度循环和湿热。设备在测试中需要带电运行,验证在高温和低温下的功能稳定性。温度循环模拟设备随车经历的环境温变,验证焊点和器件的长期耐受能力。
(二)信号与通信设备
信号系统是轨道交通的 "神经系统",对可靠性要求极高。信号设备(联锁、闭塞、列控)的电子部分通常安装在室内或密封机柜中,环境相对可控,但温湿度波动的长期影响仍需考核。通信设备分布在沿线基站和机房,部分设备安装在户外机柜中,经受冬夏温差和日晒。
信号与通信设备的测试重点包括高温存储、低温存储、温湿度循环和温度循环。户外设备的测试温区范围需要覆盖当地的气候极端值,测试条件根据安装地区确定。
(三)供电与变流设备
牵引供电和变流设备(牵引变流器、辅助变流器、充电机)功率大、发热量高,安装在车下或变电所内。这类设备的工作温度范围宽,测试时还需要考虑设备自身发热对箱内温度场的影响,对设备的容积和制冷能力要求较高。
四、对应测试项目与设备需求
(一)高温与低温工作测试
高温工作测试将设备置于设定高温下带电运行规定时间,验证高温下的功能稳定性;低温工作测试验证设备在低温下的启动和运行能力。这类测试对设备温度范围、控温稳定性和引线接口有要求,需要设备能够长时间稳定维持设定温度,并支持带电测试。
(二)温度循环与冷热冲击
温度循环模拟设备经历的环境温变过程,验证焊点、连接器和器件的疲劳耐受能力。轨道交通设备体积大,温度循环的温区范围宽,需要大容积的快速温变设备。冷热冲击用于考核设备对温度骤变的耐受,适用于部分车载电子部件。
(三)湿热与存储测试
湿热测试(高温高湿)验证设备在湿热环境下的绝缘性能和抗腐蚀能力,高温存储和低温存储验证设备的长期存放稳定性。这类测试需要设备具备精密的温湿度控制和长时间稳定运行能力。
五、广东宏展科技设备在轨道交通测试中的应用
(一)TC 系列满足温度循环与高低温工作
广东宏展科技 Lab Companion 品牌 TC 系列快速温变试验箱,温度范围 - 70℃至 + 150℃,温变速率 5℃/min 至 25℃/min 线性可调,可满足轨道交通车载和地面设备的温度循环、高低温工作测试需求。
在 EN50155 典型车载设备测试条件下(如 - 40℃至 + 70℃),TC 系列低温端有 30℃余量,高温端有 80℃余量,设备在中低负荷下运行,温度稳定性和升降温速度有保障。线性温变确保循环中设备承受的热应力一致,测试数据可对标标准条款。设备提供多种容积规格,可容纳不同尺寸的电子部件和机柜式设备。
(二)TS 系列满足冷热冲击测试
TS 系列冷热冲击试验箱,温度范围 - 70℃至 + 150℃,高低温切换时间≤10 秒,可满足轨道交通电子部件对温度骤变的耐受测试需求。单腔结构适合轻小部件的高效测试,双腔结构适合较大体积部件的测试。
广东宏展科技恒温恒湿试验箱,温度范围覆盖常规温区至 + 150℃,湿度范围 20% RH 至 98% RH,可满足轨道交通设备的湿热、高温存储、低温存储测试需求。设备采用精密温湿度控制,在长时间运行中维持温湿度稳定,满足标准对湿热测试条件的要求。
(四)带电测试的接口支持
轨道交通设备测试通常需要带电运行,验证设备在环境应力下的功能状态。广东宏展科技设备可配置引线接口,接口数量和规格根据测试需求定制,配合客户的测试系统和监测设备实现带电测试。设备控制器可与上位机通信,支持测试程序远程设定和运行状态实时监控。
六、测试实践中的注意事项
(一)按安装位置确定测试条件
轨道交通设备的环境测试条件应按设备的实际安装位置确定,而非统一套用。车下设备、车内设备、地面设备的温度等级不同,测试温区应分别对应。测试条件的确定应依据 EN50155 或对应标准的温度等级划分,结合设备安装位置的实际情况。
(二)大设备测试的装载与均匀性
轨道交通设备的体积和重量较大,测试时需要关注装载方式对温度均匀性的影响。设备应放置在工作室中央,避免贴壁阻挡气流;大重量设备需确认层板和地面承载;测试时设备自身发热会影响箱内温度场,需要评估对均匀性的影响并适当调整装载。
(三)完整的数据记录与可追溯
轨道交通装备的测试报告需要满足采购方和第三方的审核要求。设备的温度曲线、运行日志、测试程序应完整记录并可导出,测试数据与设备状态对应,保证测试过程可追溯。广东宏展科技设备配备的数据记录系统,可满足轨道交通行业对测试可追溯性的要求。
七、结语
轨道交通装备的电子设备分布在机车、车辆、信号、通信、供电等不同子系统,服役环境差异大、可靠性要求高,环境测试是交付前的必备环节。EN50155 等标准对车载和地面设备的温度条件、测试方法有明确规定,测试设备需要覆盖宽温区、支持带电测试、具备大容积和完整数据记录能力。广东宏展科技 TC 系列快速温变试验箱、TS 系列冷热冲击试验箱、恒温恒湿试验箱,以 - 70℃至 + 150℃宽温域、5℃/min 至 25℃/min 线性温变、≤10 秒切换速度、精密温湿度控制和带电测试接口支持,为轨道交通装备的环境可靠性测试提供可靠的设备方案。公司在全国设有服务点,可为轨道交通行业客户提供设备选型、测试方案设计、安装调试和售后维护的全流程本地化服务,助力轨道交通装备的可靠运行