廣州地鐵四號線隔離開關操作機構負載能力研究

任振強

摘 要：隔離開關操作機構過載往往由于隔離開關本體和操作機構電氣、機械性能下降而導致，一旦過流保護動作，開關將失去電動操作功能，不利于快速響應故障及恢復設備供電。以廣州地鐵四號線目前上線使用的電動隔離開關操作機構為例，針對其因電動操作機構過載導致MCB過流保護動作的問題做了詳細的介紹。并對隔離開關永磁電機負載電流特性關系進行了初步分析，提出了對電機負載電流監測的基本原理，并尋求在設備日常檢修過程中發現及處理該問題的方法。

關鍵詞：廣州地鐵四號線 隔離開關 過流保護

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0028-02

1 廣州地鐵四號線隔離開關概況

廣州地鐵四號線是國內首條采用1500V鋼鋁復合接觸軌供電方式的地鐵線路，正線設15座牽引變電所，共90臺電動隔離開關。作為供電運行的重要設備，四號線隔離開關自2005年開通運營至今，雖然總體運行情況良好，未出現過嚴重的影響行車的重大故障，但由于隔離開關本體動作不暢及操作機構電氣故障等原因，曾出現隔離開關操作機構MCB因過載而導致保護動作的問題。

2 隔離開關操作機構過載現象及危害

電動隔離開關操作機構內設置有主回路MCB，正常情況下，MCB作為操作機構的供電電源，處于閉合狀態，若操作機構長期處于過載狀態，將會加速電氣和機械零件的老化速度，引起隔離開關刀閘動作出現卡滯或操作機構內出現電氣故障等，嚴重情況下將引起MCB過流保護動作，導致隔離開關操作機構整體失電，無法進行遠程控制或當地電動倒閘，只能待搶險人員進行人工手搖操作，不利于快速響應故障及恢復設備供電。

3 隔離開關操作機構過載原因分析

隔離開關操作機構當接收到遠程/當地的分合閘信號后，通過二次回路驅動永磁電機帶動傳動桿和隔離開關刀閘，實現機械分合閘。無論是操作機構的二次回路故障或隔離開關本體動作不暢，若超過永磁電機的額定載荷，均會導致直流電機出現過載從而引起MCB保護動作。表1列舉了四號線曾出現過的MCB過流保護動作的情況，它們都發生在隧道內區間。對比地面段區間安裝在室內的隔離開關操作機構，隧道內的長期受隧道震動、潮濕、粉塵等環境因素的影響，是其引起操作機構過載的主要原因。

4 操作機構負載電流特性分析

四號線目前在線使用的隔離開關涉及的廠家眾多，各類型隔離開關使用的MCB型號也不盡相同，本文以成都通力集團有限公司的DC110V隔離開關為例，通過加裝負載電流采樣回路對隔離開關動作的過程進行測試記錄。

4.1 試驗原理

隔離開關操作機構內部硬件邏輯通過驅動永磁電機實現刀閘動作，直流開關動作的過程可直接體現為直流永磁電機電流的暫態過程，通過在永磁電機串聯一個采樣電阻，記錄并采集隔離開關動作時的該電阻的電壓波形，即可取得電機的負載電流特性曲線。試驗原理圖如圖1所示。為獲得可變的載荷，本文通過調節永磁電機剎車模塊調節螺栓的外露深度來改變負載轉矩，并記錄永磁電機在電氣故障的情況下的負載電流特性，如圖2所示。

4.2 試驗結果分析

永磁電機的最大的負載電流出現在隔離開關開始動作的瞬間，即電機的啟動電流，這是因為當電機啟動瞬間，轉子處于靜止狀態，轉速，反電動勢，啟動電流，由于電機轉子線圈電阻極小，故啟動電流較大。通過調節永磁電機的剎車模塊螺栓改變負載轉矩，得出負載電流特性數據如表2、圖3所示。

根據表2和圖3，當永磁電機剎車調節螺栓外露深度越大時，剎車模塊作用在轉子上的負載轉矩越高，電機的瞬間啟動電流及穩態電流越大，且啟動電流約為穩態電流的5～8倍，同時，由于分閘過程需額外克服刀閘動靜觸頭之間的接觸阻力，使得分閘時的啟動電流較合閘時更大，符合運營實際情況，目前四號線使用的隔離開關MCB額定電流為30A，熱繼電器額定電流為8A，前者對電流的暫態過程作保護，后者則對負載電流的穩態過程作保護，根據試驗結果，操作機構的永磁電機在負載電流超過額定載荷的情況下，容易出現MCB保護動作的情況，屬保護的正常動作。以上是以剎車模塊模擬電機在不同負載情況下的負載電流情況，實際情況下，隔離開關刀閘調節螺栓的緊固力矩過大、傳動機構動作卡滯等均會導致永磁電機出現過載，雖然操作機構MCB能正確對該類故障做出保護，但該類機械故障一般伴隨著機械結構、材料零件老化、性能下降等原因，日常檢修維護的時難以發現以及判斷，只能采取亡羊補牢的方式對設備進行維修，不利于設備缺陷的及早發現及處理。

5 解決方案

為了能在故障發生前，結合日常的檢修維護，及時發現永磁電機負載電流的異常情況。根據上述分析，可以在隔離開關操作機構中加裝雙針式電流表，記錄設備運行過程中曾出現的最大負載電流，同時結合上述試驗數據及繼電保護原則，將雙針式電流表的整定值設置為正常最大啟動電流的1.2倍，約15.36A，日常檢修人員只需注意觀察雙針電流表的最大電流值即可掌握負載電流情況，及時發現并處理負載電流過大的隱患。

6 結語

隔離開關操作機構過載往往由于隔離開關本體和操作機構電氣、機械性能下降而導致，一旦過流保護動作，開關將失去電動操作功能，不利于快速響應故障及恢復設備供電。本文結合廣州地鐵四號線多年運行的經驗，試圖尋求在設備日常檢修過程中對該問題及早發現及處理的解決方法，相信隨著隔離開關電氣和機械機構的不斷完善，研究其負載電流特性關系將能在設備的整個生命周期內發揮越來越大的作用。

參考文獻

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