由聯鎖邏輯缺陷引發的道岔轉轍機熔斷器電流沖擊問題分析

陸鑫源

（上海軌道交通維護保障公司通號分公司，200002，上海∥工程師）

由聯鎖邏輯缺陷引發的道岔轉轍機熔斷器電流沖擊問題分析

陸鑫源

（上海軌道交通維護保障公司通號分公司，200002，上海∥工程師）

摘 要以聯鎖邏輯分析為切入點，對上海軌道交通2號線某折返站在特殊工況下道岔轉轍機電機轉向突變引起熔斷器燒毀的原因進行了分析，進而對轉轍機所適應的熔斷器進行了量化，并制定了避免此類故障發生的管理措施。

關鍵詞城市軌道交通；道岔轉轍機；熔斷器；故障分析

Author＇s address Telecom &Signaling Branch，Shanghai Rail Transit Maintenance Support Center，200002，Shanghai，China

1　問題的發生

上海軌道交通2號線某中間折返車站承擔了大小交路的日常運營任務，其道岔定位時開通直股大交路，反位時開通側股小交路。道岔采用ZD 6-E∕J型雙機單動牽引，其DC 220 V正電端熔電器容量為6 A，負電端定、反位各配置一個5 A熔斷器。道岔轉轍機動作電源由智能電源屏220 V直流模塊輸出。

一般情況下，聯鎖邏輯在收到進路請求后，將確定道岔轉轍機是否位于進路的正確位置。如果某一進路上的一個或多個轉轍機未能處于正確位置，且沒有鎖閉邏輯認為轉轍機位置不可變更時，則聯鎖控制邏輯可向相關轉轍機發出指令變更位置。

問題發生在該車站自動進路模式下：列車自動監視（ATS）系統在排列小交路進路過程中，折返道岔出現反位單邊失表。經過檢查，反位熔斷器斷路，更換后恢復。以上情況每隔半年左右會重復出現。

設備管理人員對室內、室外部分進行了檢查。室外檢查包括：對道岔轉轍機內部及角鋼各螺絲進行緊固；對HZ 24方向盒進行端子螺母緊固；檢查道岔密貼、尖軌彈性等有無異常及進行一些具體參數的測試。通過室外測試可知，轉轍機啟動電流為1 A、動作電流為0.6 A；道岔摩擦電流正常；電機對地絕緣為50 MΩ；機內各端子之間絕緣為220～280 MΩ；各端子對地絕緣為50～300 MΩ。室內檢查包括：操動道岔進行電流及電壓測試，結果無異常；對分線盤電壓進行測試，結果無異常；對1DQJ、2DQJ、2DQJF繼電器進行測試，未發現異常；測試控制道岔電路的X1～X6的混線情況，電纜線與地及電纜線間的絕緣均大于500 MΩ。

一系列常規檢查未發現異常情況，各項測試指標也符合技術指標，并且在出現問題的半年中輪換了轉轍機以及室內道岔組合中所有的繼電器，但問題依舊重復出現，經初步判斷，引起熔斷器燒毀的原因與轉轍機及其控制電路沒有關系。

2　問題定位

由于該車站存在overlap防護進路功能，管理人員把目光從設備硬件轉向聯鎖軟件分析。設置防護進路，是使系統滿足列車之間最小運行間隔的要求，當道岔聯鎖區被占用時，聯鎖邏輯仍允許列車進入車站。即便沒有辦理列車進路，overlap防護進路仍能保證防護道岔自動移動至定位。防護進路是全自動控制，不需要調度或者值班員進行任何操作。

如果道岔聯鎖區或折返進路被占用，站臺末端的X10信號機未開放（見圖1），意味著列車不能全速到達，必須停靠在乘客無法下車的中間站臺，待聯鎖信號開放，列車進站停穩后方可開門。此種情況下，overlap防護進路邏輯可使列車全速到達車站并占用整個站臺。如圖1所示，列車到達之前，防護進路邏輯使10﹟道岔轉至定位并鎖閉，同時擴大列車允許進入區域，該區域延伸至X10信號機內方；當列車完全占用站臺區段33 s后或開始占用站臺區段（觸發軌道未出清）45 s后，道岔解鎖，進而可以辦理經過10﹟道岔的進路。

圖1　帶有overlap功能的車站線路簡圖

經過幾次熔斷器燒毀故障后，設備管理人員加裝了一套聯鎖檢測程序，連續不斷地對內部約200個動態位進行檢測記錄，并對收集的數據進行分析對比，分析聯鎖動態位時序（見表1），終于掌握了一些極端情況下轉轍機非正常移動的情況：overlap觸發軌道被占用后，因列車未及時出清或者后續列車追蹤至觸發軌，折返道岔延時45 s解鎖（表1的過程3），此時ATS控制臺雖然能夠請求折返進路，但在進路請求開始10 s后，“X10.X4OLRQ”動態位的置“0”過程才完成。在這10 s內，道岔首先被進路控制從定位運行至反位，轉轍機單次全程動作耗時5 s左右，當道岔再被“X10.X4OLRQ”控制從反位運行至定位期間，置“0”延時到期、定位命令消失，轉動中的轉轍機又被進路帶回至反位（表1的過程10），此刻發生了電機方向逆轉，引起了電流疊加。

該道岔每天動作次數在270次左右，由于列車運行密度高，折返站追蹤距離短，因而發生反轉次數的比例占到了0.8﹪左右。但是，并非一發生電機轉向突變就引起熔斷器的燒毀，為此，管理人員對電機的電流進行了采樣及分析。

3　道岔轉轍機電機轉向突變時的電流分析

由于道岔轉轍機電機轉向突變時間極其短暫，傳統的微機監測道岔電流曲線模塊的精度和響應時間均無法嚴謹地觀測到電流值，故采用高精度測量儀表分析反轉瞬時的電流-時間分布情況。

（1）測試儀表：Fluke 199示波器。

（2）測試附件：4.4Ω大功率無感電阻。

（3）測試方法：道岔動作電路臨時使用3個10 A熔斷器，分次把電阻串聯在ZD 6型直流電機（DC 220 V）正電、定位負電、反位負電熔斷器電路中，用模擬列車占用方法引起道岔動作過程中的電機轉向突變，并用示波器監測電阻兩端實時波形。ZD 6型直流電機轉向突變波形如圖2所示。

圖2　ZD 6型直流電機轉向突變波形

由圖2可知，定、反位動作的反轉瞬間均存在尖脈沖，其最大電壓峰值為110 V，換算成電流為25 A，持續時間為2.4 ms。尖脈沖后緊接一個類似正電端波形，其波峰電流為12.7 A，持續時間超過5 A熔斷器的大電流持續時間44 ms，超過10 A熔斷器的持續時間18 ms。

波形突變主要是因電機兩端加上了反向直流電壓，在反向磁場剛剛運作時，磁性最強，加上原來電機的慣性轉動也有很強的自感反電動勢，能量疊加之后的通電線圈在磁場中做切割磁感線運動最劇烈，引起了峰值波形。反轉之后電機慣性消失，同時轉子的感性能量也逐步消失，最終電流趨于穩定。

通過對轉轍機電機轉向突變時刻的延時和電流值進行對比分析，最終在時間-電流特性曲線中確定了尖脈沖及半波形電流分布，如圖3所示。

圖3中，雖然半波形電流與尖脈沖電流的圓型分布與5 A的曲線沒有直接重疊，但它們的相對位置還是比較接近，經過多次短時大電流沖擊后還是存在燒毀的概率，而10 A特性曲線離開沖擊電流較遠。所以，在聯鎖邏輯缺陷修正之前，暫時調整了熔斷器容量配置：DC 220 V正電和反位負電使用10 A，定位負電使用6 A。

4　結論

在特殊工況下，聯鎖中overlap防護進路請求解鎖的延時與道岔動作時間不匹配，會導致道岔轉轍機電機轉向突變，尖峰電流長期沖擊熔斷器是造成本次故障的根本原因。此類故障發生間隔時間長、故障點隱秘，常規檢查無法第一時間發現問題，需花費大量的時間進行數據分析后才能逐步確定問題的本質。

表1　聯鎖動態位時序分析

目前，信號設備供應商已對道岔轉轍機反轉問題進行了確認并及時發布了新版聯鎖軟件，修復了overlap防護進路的邏輯漏洞。但管理人員發現，在ATS控制臺上快速來回單操道岔，或者人為單操道岔與自動進路有沖突情況下，也能引起道岔轉向突變，久而久之會引起燒毀熔斷器故障。因此，管理人員更新了《運營限制》，在《運營限制》中增加了“當辦理進路、列車觸發防護進路、道岔單操所請求的道岔正在移動，ATS界面還未顯示出道岔表示的13 s時間內，嚴禁發送對相關道岔位置相反的控制命令。操作人員可以觀察道岔表示出現或者發現道岔表示不正常等待13 s后，才能再次發送道岔的控制命令。”以制度來規范運營人員的操作，降低設備故障概率，提高線路運營質量。

圖3　不同熔斷器的時間-電流特性曲線

參考文獻

［1］ 魯志彤.我國車站計算機聯鎖系統［J］.甘肅科技，2009（11）：61.

［2］ 沈美蘭.計算機聯鎖系統的故障-安全防護措施［J］.科技信息，2010（1）：831.

［3］ 李漢舟，楊世超.基于模糊PID的直流力矩電機轉速控制［J］.中國慣性技術學報，2004（6）：81.

［4］ 龐清樂.基于智能算法的小電流接地故障選線研究［D］.濟南：山東大學，2007.

Analysis of Current Impact on Turnout Switch Machine Fuse Caused by Interlocking Logic Defects

Lu Xinyuan

AbstractAccording to an interlocking logic analysis，the reasons of turnout switch machine fuse burnout on Shanghai Metro Line 2 in special motor steering condition are detected，a quantitative study of the switch fuse adapted to the turnout switch machine is carried out，and corresponding management policies are made to avoid such incidents.

Key wordsurban rail transit；turnout switch machine fuse；fault analysis

中圖分類號U 213.6＋1

DOI：10.16037∕j.1007-869x.2016.01.022

收稿日期：（2014-04-24）