辛 驥 李中羽 容亮榮

廣州地鐵2、4、5、6、8號(hào)線均采用西門子公司生產(chǎn)的S700K－C型轉(zhuǎn)轍機(jī)。根據(jù)多年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，S700K轉(zhuǎn)轍機(jī)配套使用的沙爾特寶速動(dòng)開關(guān)組故障率較高，約占轉(zhuǎn)轍機(jī)電氣故障率的50%以上，主要表現(xiàn)為開關(guān)接點(diǎn)氧化、發(fā)黑，導(dǎo)通電阻異常增大或接觸不良等現(xiàn)象，導(dǎo)致道岔無法轉(zhuǎn)換或正常顯示位置，直接影響地鐵正常運(yùn)營(yíng)。為降低速動(dòng)開關(guān)故障產(chǎn)生的影響，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員不得不采用定期更換等預(yù)防措施，雖然一定程度上減少了故障發(fā)生率，但仍然無法完全解決此類故障，同時(shí)也提高了生產(chǎn)成本。鑒于此，結(jié)合設(shè)備電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在不影響故障導(dǎo)向安全的前提下，提出對(duì)五線制電路速動(dòng)開關(guān)進(jìn)行并聯(lián)改造，以提高設(shè)備的穩(wěn)定性。

1 電路原理

S700K電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)采用交流三相異步電機(jī)，其五線制電路主要包括啟動(dòng)電路和表示電路。如圖1所示，其中啟動(dòng)電路包括交流A、B、C三相輸入，A相X1為公共輸入，通過B、C換相，即X1、X3、X4或X1、X2、X5實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，定位轉(zhuǎn)反位經(jīng)過的速動(dòng)開關(guān)節(jié)點(diǎn)依次為12－2—11－2、12－1—11－1、 13－1—14－1、13－2—14－2；反位轉(zhuǎn)定位經(jīng)過的速動(dòng)開關(guān)節(jié)點(diǎn)依次為41－1—42－1、41－2—42－2、44－2—43－2、44－1—43－1；表示電路則利用獨(dú)立的表示電源，結(jié)合室外二極管和機(jī)內(nèi)速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)構(gòu)成獨(dú)立的表示回路，定位表示回路經(jīng)過的速動(dòng)開關(guān)節(jié)點(diǎn)依次為33－1—34－1、33－2—34－2、15－1—16－1、35－1—36－1，反位轉(zhuǎn)定位經(jīng)過的速動(dòng)開關(guān)節(jié)點(diǎn)依次為23－1—24－1、23－2—24－2、45－1—46－1、25－1—26－1。

2 電路優(yōu)化方案

在上述五線制電路結(jié)構(gòu)中，啟動(dòng)電路機(jī)內(nèi)部分經(jīng)過2組速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)，表示電路機(jī)內(nèi)部分經(jīng)過4組速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)，任意一個(gè)接點(diǎn)故障都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)轍機(jī)無法轉(zhuǎn)換或失去位置表示。為降低單個(gè)接點(diǎn)故障影響，結(jié)合出廠時(shí)配12組速動(dòng)開關(guān)預(yù)留2組的特點(diǎn)，利用現(xiàn)有速動(dòng)開關(guān)組的空接點(diǎn)，對(duì)啟動(dòng)電路和表示電路中的速動(dòng)開關(guān)進(jìn)行并聯(lián)優(yōu)化，如圖2所示，具體包括以下2個(gè)方面：①將啟動(dòng)電路中的速動(dòng)開關(guān)由雙斷串聯(lián)改為單斷并聯(lián)；②將表示電路中的速動(dòng)開關(guān)由多斷串聯(lián)改為多斷并聯(lián)。此改造方案只需要增加短接片，操作簡(jiǎn)單且風(fēng)險(xiǎn)低。配線方面僅需要利用短接片對(duì)相鄰的速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)進(jìn)行并聯(lián)短接。為方便改造配線，改造后表示電路由原來的4組速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)串連改為3組雙并速動(dòng)開關(guān)串連，電路仍保持為 “多斷點(diǎn)串連”性質(zhì)。無論哪一組接點(diǎn)粘連均不會(huì)影響安全。

圖1 改造前速動(dòng)開關(guān)電路

3 改造前后電路對(duì)比分析

改造前速動(dòng)開關(guān)均采用單接點(diǎn)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，改造在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)并聯(lián)，提高了設(shè)備可用性，具體對(duì)比分析如下。

1．原單接點(diǎn)串聯(lián)電路。優(yōu)點(diǎn)：斷開電路防混線能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：電路中速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)串聯(lián)較多，產(chǎn)生斷線及接觸不良故障的風(fēng)險(xiǎn)高。

2．并聯(lián)改造電路。優(yōu)點(diǎn)：速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)增加冗余，降低因單個(gè)速動(dòng)開關(guān)故障引發(fā)的道岔無法轉(zhuǎn)換或失表故障；并聯(lián)起到分流作用，速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)通過電流由2．1A降至1A，接點(diǎn)發(fā)黑、氧化等情況明顯改善，可延長(zhǎng)速動(dòng)開關(guān)組的更換周期，降低生產(chǎn)成本。缺點(diǎn)：理論上增加了接點(diǎn)熔斷粘連的可能性，防混線的能力下降，但根據(jù)設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，接點(diǎn)在承受接近額定電流3A的情況下從未發(fā)生粘聯(lián)故障，且并聯(lián)改造后每一接點(diǎn)承受的電流僅為額定值的30%，所以接點(diǎn)粘連的可能性更低。

4 電路改造風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

針對(duì)電路改造后串聯(lián)接點(diǎn)減少的實(shí)際情況，存在的風(fēng)險(xiǎn)主要為接點(diǎn)粘連或給出錯(cuò)誤表示。其中表示電路改造后電路仍保持 “多斷點(diǎn)串連”結(jié)構(gòu)，即在表示電路并聯(lián)改造后任意一組接點(diǎn)粘連均不會(huì)影響正確的表示電路。而啟動(dòng)電路改造后，接點(diǎn)由原來的串聯(lián)雙斷變?yōu)椴⒙?lián)單斷結(jié)構(gòu)，改變較大，故以下只對(duì)啟動(dòng)電路并聯(lián)改造部分進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，以正裝道岔為例。

4．1 41－42粘連風(fēng)險(xiǎn)分析

1．假設(shè)41－42發(fā)生粘連 （圖2圓圈標(biāo)識(shí)處的接點(diǎn)），道岔定位轉(zhuǎn)反位時(shí)對(duì)啟動(dòng)電路的影響分析。五線制轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路繼電器動(dòng)作順序?yàn)椋?DQJ↑→1DQJF↑→2DQJ轉(zhuǎn)極→電機(jī)三相電平衡→BHJ吸起使1DQJ自保。

道岔在定位轉(zhuǎn)反位的一瞬間 （即1DQJ和1DQJF吸起而2DQJ未轉(zhuǎn)極時(shí)）電機(jī)的A相和C相已得電，電機(jī)缺相啟動(dòng)。2DQJ在0．1～0．3s時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)極，剛好將粘連的分支斷開，道岔正常動(dòng)作并給出反位表示。

2．假設(shè)41－42發(fā)生粘連，道岔反位轉(zhuǎn)定位時(shí)對(duì)啟動(dòng)電路的影響分析。當(dāng)?shù)啦碛煞次晦D(zhuǎn)定位時(shí)（參見圖2，此時(shí)原斷開的速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)已經(jīng)接通，原接通接點(diǎn)已經(jīng)斷開），轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換到位時(shí)不能通過41－42實(shí)現(xiàn)機(jī)械切斷電源。此時(shí)由于三相不平衡，DBQ斷相保護(hù)器會(huì)自動(dòng)切斷三相電源。道岔正常轉(zhuǎn)到位后有約1s時(shí)間缺相運(yùn)行，然后正常給出道岔表示。

圖2 改造后速動(dòng)開關(guān)電路

3．假設(shè)41－42發(fā)生粘連，對(duì)定位表示電路的影響分析。由于2DQJ繼電器在吸起位置 （參見圖2），41－42發(fā)生粘連并未影響到原來表示回路，即不影響定位表示。

4．假設(shè)41－42發(fā)生粘連，對(duì)反位表示電路的影響分析。圖2中 （此時(shí)原斷開的速動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)已經(jīng)接通，原接通接點(diǎn)已經(jīng)斷開），由于此時(shí)41－42已經(jīng)是閉合位置，所以發(fā)生粘連不影響反位表示。同理，因定反位所用速動(dòng)開關(guān)為對(duì)稱設(shè)置，若11－12發(fā)生粘連情況與41－42一樣，同樣不會(huì)影響定反位表示，只是從故障曲線發(fā)生位置上可以進(jìn)行區(qū)分判斷。

4．2 43－44粘連風(fēng)險(xiǎn)分析

1．當(dāng)定位43－44粘連時(shí) （圖2方框標(biāo)識(shí)處的接點(diǎn)），由于43－44將二極管短路，定位將失去表示。道岔轉(zhuǎn)換啟動(dòng)時(shí)同樣也會(huì)出現(xiàn)上述在2DQJ轉(zhuǎn)極前的瞬間缺相運(yùn)行。

2．當(dāng)反位43－44粘連時(shí)，由于此時(shí)43－44本就機(jī)械閉合，所以粘連不影響反位表示，但在道岔轉(zhuǎn)換到位后會(huì)缺相運(yùn)行。

同理，因定反位所用速動(dòng)開關(guān)為對(duì)稱設(shè)置，接點(diǎn)13－14粘連與43－44情況一樣。只是發(fā)生故障的位置不同。

經(jīng)過上述對(duì)不同接點(diǎn)發(fā)生粘連的分析得知：無論啟動(dòng)電路中的哪一組接點(diǎn)發(fā)生粘連，都會(huì)出現(xiàn)電機(jī)瞬間的缺相運(yùn)行，會(huì)直接影響電機(jī)的使用壽命。當(dāng)粘連點(diǎn)發(fā)生 在 13－14或 43－44 接點(diǎn)時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致定位或反位無表示，提醒維修人員及時(shí)處理故障。如果粘連點(diǎn)發(fā)生在41－42或11－12時(shí)，道岔瞬間缺相啟動(dòng)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，只能夠通過查看微機(jī)監(jiān)測(cè)道岔曲線分析。

4．3 室內(nèi)外表示不一致風(fēng)險(xiǎn)分析

表示電路中的安全控制原則包括以下幾個(gè)方面：①獨(dú)立電源法，采用獨(dú)立的表示電源；②位置法，采用室內(nèi)有表示繼電器，室外有二極管；③極性法，帶有極性要求的偏極繼電器。

表示繼電器是一個(gè)偏極繼電器，要使它吸起需有電壓極性要求，即線圈的1為正、4為負(fù)才能吸起。而供電極性由室外接在X2和X4或者X3和X5的二極管方向決定。如果要出現(xiàn)室內(nèi)和室外表示不一致，即給出錯(cuò)誤表示，必須在此電路中同時(shí)滿足以下2個(gè)條件：①二極管電路中出現(xiàn)2個(gè)交叉，即X2和X3交叉，X5和X4交叉；②二極管極性對(duì)調(diào)。

顯然，以上電路改造并沒有改變?cè)娐返脑O(shè)計(jì)初衷，而且即便是單機(jī)錯(cuò)表示，因現(xiàn)場(chǎng)采用雙機(jī)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，在表示電路方面由四副單機(jī)串聯(lián)組成，其中任意一組錯(cuò)表示導(dǎo)致的最終結(jié)果都是整體無表示，即改造不會(huì)有導(dǎo)致錯(cuò)表示的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

目前該改造方案已經(jīng)通過了廣州地鐵信號(hào)專業(yè)組的論證，同時(shí)在廣州地鐵6號(hào)線培訓(xùn)基地和試車線完成了上線試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)使用情況良好，目前在正線逐步推廣改造。結(jié)合上述分析與實(shí)踐情況，認(rèn)為并聯(lián)改造有效解決了速動(dòng)開關(guān)單接點(diǎn)性能不良引發(fā)的道岔故障，提高了設(shè)備冗余性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了速動(dòng)開關(guān)組更換周期，有效降低了生產(chǎn)成本，且無任何安全風(fēng)險(xiǎn)，可廣泛應(yīng)用于后續(xù)新線建設(shè)中。

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