濟(jì)南地鐵3號線牽引系統(tǒng)高速斷路器控制電路優(yōu)化

張 許 趙顯超 趙燕娜

(1.濟(jì)南中車四方軌道交通裝備有限公司, 250013, 濟(jì)南; 2.中車青島四方車輛研究所有限公司, 青島, 266031;3.濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司, 250013, 濟(jì)南)

1 濟(jì)南地鐵3號線牽引系統(tǒng)

濟(jì)南地鐵3號線(以下簡稱“3號線”)列車采用“4動2拖”6節(jié)編組方式,車輛編組為: Tc-Mp-M-M-Mp-Tc(Tc為帶司機(jī)室的拖車,Mp為有受電弓的動車,M為無受電弓的動車)。3號線列車牽引系統(tǒng)采用VVVF(變壓-變頻)牽引逆變器和異步鼠籠電動機(jī)構(gòu)成的交流電傳動系統(tǒng),全列采用車控方式。牽引系統(tǒng)采用DC 1 500 V接觸網(wǎng)供電制式,主要由牽引逆變器、高速斷路器、主接觸器及牽引電機(jī)等設(shè)備組成。3號線高速斷路器采用賽雪龍UR10系列直流高速斷路器,該型斷路器具有電磁吹弧和消弧、直接瞬時過流脫扣、間接快速脫扣、電控分?jǐn)嗉白匀焕鋮s等特點[1]。

2 高速斷路器閉合故障原因分析與排查

3號線運營初期,在操作高速斷路器閉合時,多次偶發(fā)性報出高速斷路器閉合故障,嚴(yán)重影響列車運行可靠性。根據(jù)3號線列車高速斷路器閉合故障發(fā)生時的相關(guān)指令及器件狀態(tài),結(jié)合高速斷路器控制電路原理及控制邏輯對故障原因進(jìn)行分析。

2.1 故障原因分析

根據(jù)3號線牽引系統(tǒng)故障邏輯,當(dāng)牽引逆變器發(fā)出高速斷路器閉合指令后延遲2 s,牽引逆變器檢測到高速斷路器仍為斷開狀態(tài)時,牽引系統(tǒng)報出高速斷路器閉合故障,并將故障信息發(fā)送至TCMS(列車控制與管理系統(tǒng))進(jìn)行故障提示。

根據(jù)高速斷路器控制邏輯原理,觸發(fā)高速斷路器閉合故障有以下原因:①高速斷路器實際處于閉合狀態(tài),但反饋為斷開狀態(tài);②高速斷路器線圈得電,主觸點未閉合;③高速斷路器線圈未得電,無法閉合。

2.2 故障排查

2.2.1 高速斷路器實際處于閉合狀態(tài),但反饋為斷開狀態(tài)

通過分析高速斷路器故障時刻數(shù)據(jù),牽引控制器在接收到高速斷路器閉合指令后,判斷高速斷路器閉合的前置條件滿足要求并發(fā)出高速斷路器閉合指令,80 ms后牽引控制器接收到高速斷路器減載信號,此時高速斷路器應(yīng)處于閉合狀態(tài)。但從故障數(shù)據(jù)來看,牽引逆變器檢測到輸入電壓(網(wǎng)線電壓)約為5 V。因此,根據(jù)牽引系統(tǒng)主電路原理可判斷,故障時刻高速斷路器實際并未閉合。高速斷路器閉合故障時刻數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 高速斷路器閉合故障時刻數(shù)據(jù)表

2.2.2 高速斷路器線圈得電,主觸點未吸合

根據(jù)《賽雪龍UR10系列高速斷路器用戶手冊》中合閘線圈的典型參數(shù),當(dāng)控制電壓為DC 110 V時,線圈標(biāo)準(zhǔn)電阻為14.43 Ω[2],通過測量得到故障高速斷路器線圈電阻為14.5 Ω,符合高速斷路器線圈電阻參數(shù)范圍要求。檢查并手動閉合高速斷路器,未發(fā)現(xiàn)觸頭卡滯等異常現(xiàn)象。

2.2.3 高速斷路器線圈未得電

3號線牽引系統(tǒng)高速斷路器控制邏輯原理圖如圖1所示。

a) 牽引系統(tǒng)控制原理

b) 高速斷路器閉合控制原理

根據(jù)高速斷路器控制邏輯原理,HB控制電路中主要包含KM1常閉觸點、KA1常閉觸點、KA5常閉觸點、KA6常閉觸點、KA4常開觸點、110 V供電端子排及減載電路HBR等。高速斷路器控制電路中每一點位均有可能導(dǎo)致高速斷路器線圈無法正常得電。

結(jié)合高速斷路器控制邏輯原理及故障記錄,在高速斷路器閉合指令發(fā)出后,80 ms左右牽引控制器收到了高速斷路器減載信號狀態(tài)反饋,即KA4在收到命令后動作吸合。根據(jù)KA4閉合時間范圍(50～100 ms)可知,KA4閉合功能正常。

進(jìn)一步分析高速斷路器閉合過程中的各器件電壓、電流波形。使用示波器測量高速斷路器閉合時線圈兩端電壓,發(fā)現(xiàn)在牽引控制器發(fā)送的高速斷路器閉合指令脈沖(持續(xù)時間為0.6 s)結(jié)束時,KA4斷開瞬間由于高速斷路器自感特性線圈兩端存在電壓差約為334 V的反向電壓。隨著分?jǐn)啻螖?shù)的不斷增多,極易造成KA4觸頭燒蝕以及接觸電阻變大,導(dǎo)致在下一次高速斷路器閉合時,瞬時合閘功率不足,無法正常吸合。

高速斷路器閉合減載時的感應(yīng)電壓波形如圖2所示。

注:①為HB線圈兩端電壓;②為KA4主觸頭兩端電壓;③為KA4線圈兩端電壓;④為HB線圈回流電流。

3 高速斷路器控制電路優(yōu)化

為解決高速斷路器減載電路接入時,高速斷路器線圈兩端存在的感應(yīng)反向電動勢,通過在高速斷路器線圈兩端增加續(xù)流二極管對其兩端的反向電動勢進(jìn)行泄放。優(yōu)化前、后高速斷路器控制電路如圖3所示。

a) 優(yōu)化前

b) 優(yōu)化后

通過測試,在高速斷路器線圈兩端增加二極管后,能夠有效抑制其兩端感應(yīng)電動勢對高速斷路器閉合的影響,從而提高高速斷路器線圈兩端電壓的穩(wěn)定性。整改后高速斷路器減載時的感應(yīng)電壓波形如圖4所示。

注:①為HB線圈兩端電壓;②為KA4線圈兩端電壓;③為二極管回路續(xù)流電流。

4 結(jié)語

通過在高速斷路器線圈兩端增加續(xù)流二極管,可有效降低高速斷路器減載電路接入時其線圈兩端的感應(yīng)反向電壓對控制電路的影響,同時可降低觸頭的磨損程度,延長觸頭壽命,進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性。