由聯(lián)鎖邏輯缺陷引發(fā)的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)熔斷器電流沖擊問(wèn)題分析

陸鑫源

（上海軌道交通維護(hù)保障公司通號(hào)分公司，200002，上?！喂こ處煟?/p>

由聯(lián)鎖邏輯缺陷引發(fā)的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)熔斷器電流沖擊問(wèn)題分析

陸鑫源

（上海軌道交通維護(hù)保障公司通號(hào)分公司，200002，上?！喂こ處煟?/p>

摘 要以聯(lián)鎖邏輯分析為切入點(diǎn)，對(duì)上海軌道交通2號(hào)線某折返站在特殊工況下道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)向突變引起熔斷器燒毀的原因進(jìn)行了分析，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)所適應(yīng)的熔斷器進(jìn)行了量化，并制定了避免此類故障發(fā)生的管理措施。

關(guān)鍵詞城市軌道交通；道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)；熔斷器；故障分析

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

1　問(wèn)題的發(fā)生

上海軌道交通2號(hào)線某中間折返車站承擔(dān)了大小交路的日常運(yùn)營(yíng)任務(wù)，其道岔定位時(shí)開通直股大交路，反位時(shí)開通側(cè)股小交路。道岔采用ZD 6-E∕J型雙機(jī)單動(dòng)牽引，其DC 220 V正電端熔電器容量為6 A，負(fù)電端定、反位各配置一個(gè)5 A熔斷器。道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電源由智能電源屏220 V直流模塊輸出。

一般情況下，聯(lián)鎖邏輯在收到進(jìn)路請(qǐng)求后，將確定道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)是否位于進(jìn)路的正確位置。如果某一進(jìn)路上的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)轍機(jī)未能處于正確位置，且沒(méi)有鎖閉邏輯認(rèn)為轉(zhuǎn)轍機(jī)位置不可變更時(shí)，則聯(lián)鎖控制邏輯可向相關(guān)轉(zhuǎn)轍機(jī)發(fā)出指令變更位置。

問(wèn)題發(fā)生在該車站自動(dòng)進(jìn)路模式下：列車自動(dòng)監(jiān)視（ATS）系統(tǒng)在排列小交路進(jìn)路過(guò)程中，折返道岔出現(xiàn)反位單邊失表。經(jīng)過(guò)檢查，反位熔斷器斷路，更換后恢復(fù)。以上情況每隔半年左右會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。

設(shè)備管理人員對(duì)室內(nèi)、室外部分進(jìn)行了檢查。室外檢查包括：對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部及角鋼各螺絲進(jìn)行緊固；對(duì)HZ 24方向盒進(jìn)行端子螺母緊固；檢查道岔密貼、尖軌彈性等有無(wú)異常及進(jìn)行一些具體參數(shù)的測(cè)試。通過(guò)室外測(cè)試可知，轉(zhuǎn)轍機(jī)啟動(dòng)電流為1 A、動(dòng)作電流為0.6 A；道岔摩擦電流正常；電機(jī)對(duì)地絕緣為50 MΩ；機(jī)內(nèi)各端子之間絕緣為220～280 MΩ；各端子對(duì)地絕緣為50～300 MΩ。室內(nèi)檢查包括：操動(dòng)道岔進(jìn)行電流及電壓測(cè)試，結(jié)果無(wú)異常；對(duì)分線盤電壓進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果無(wú)異常；對(duì)1DQJ、2DQJ、2DQJF繼電器進(jìn)行測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)異常；測(cè)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(guī)檢查未發(fā)現(xiàn)異常情況，各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)也符合技術(shù)指標(biāo)，并且在出現(xiàn)問(wèn)題的半年中輪換了轉(zhuǎn)轍機(jī)以及室內(nèi)道岔組合中所有的繼電器，但問(wèn)題依舊重復(fù)出現(xiàn)，經(jīng)初步判斷，引起熔斷器燒毀的原因與轉(zhuǎn)轍機(jī)及其控制電路沒(méi)有關(guān)系。

2　問(wèn)題定位

由于該車站存在overlap防護(hù)進(jìn)路功能，管理人員把目光從設(shè)備硬件轉(zhuǎn)向聯(lián)鎖軟件分析。設(shè)置防護(hù)進(jìn)路，是使系統(tǒng)滿足列車之間最小運(yùn)行間隔的要求，當(dāng)?shù)啦砺?lián)鎖區(qū)被占用時(shí)，聯(lián)鎖邏輯仍允許列車進(jìn)入車站。即便沒(méi)有辦理列車進(jìn)路，overlap防護(hù)進(jìn)路仍能保證防護(hù)道岔自動(dòng)移動(dòng)至定位。防護(hù)進(jìn)路是全自動(dòng)控制，不需要調(diào)度或者值班員進(jìn)行任何操作。

如果道岔聯(lián)鎖區(qū)或折返進(jìn)路被占用，站臺(tái)末端的X10信號(hào)機(jī)未開放（見圖1），意味著列車不能全速到達(dá)，必須?？吭诔丝蜔o(wú)法下車的中間站臺(tái)，待聯(lián)鎖信號(hào)開放，列車進(jìn)站停穩(wěn)后方可開門。此種情況下，overlap防護(hù)進(jìn)路邏輯可使列車全速到達(dá)車站并占用整個(gè)站臺(tái)。如圖1所示，列車到達(dá)之前，防護(hù)進(jìn)路邏輯使10﹟道岔轉(zhuǎn)至定位并鎖閉，同時(shí)擴(kuò)大列車允許進(jìn)入?yún)^(qū)域，該區(qū)域延伸至X10信號(hào)機(jī)內(nèi)方；當(dāng)列車完全占用站臺(tái)區(qū)段33 s后或開始占用站臺(tái)區(qū)段（觸發(fā)軌道未出清）45 s后，道岔解鎖，進(jìn)而可以辦理經(jīng)過(guò)10﹟道岔的進(jìn)路。

圖1　帶有overlap功能的車站線路簡(jiǎn)圖

經(jīng)過(guò)幾次熔斷器燒毀故障后，設(shè)備管理人員加裝了一套聯(lián)鎖檢測(cè)程序，連續(xù)不斷地對(duì)內(nèi)部約200個(gè)動(dòng)態(tài)位進(jìn)行檢測(cè)記錄，并對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，分析聯(lián)鎖動(dòng)態(tài)位時(shí)序（見表1），終于掌握了一些極端情況下轉(zhuǎn)轍機(jī)非正常移動(dòng)的情況：overlap觸發(fā)軌道被占用后，因列車未及時(shí)出清或者后續(xù)列車追蹤至觸發(fā)軌，折返道岔延時(shí)45 s解鎖（表1的過(guò)程3），此時(shí)ATS控制臺(tái)雖然能夠請(qǐng)求折返進(jìn)路，但在進(jìn)路請(qǐng)求開始10 s后，“X10.X4OLRQ”動(dòng)態(tài)位的置“0”過(guò)程才完成。在這10 s內(nèi)，道岔首先被進(jìn)路控制從定位運(yùn)行至反位，轉(zhuǎn)轍機(jī)單次全程動(dòng)作耗時(shí)5 s左右，當(dāng)?shù)啦碓俦弧癤10.X4OLRQ”控制從反位運(yùn)行至定位期間，置“0”延時(shí)到期、定位命令消失，轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)轍機(jī)又被進(jìn)路帶回至反位（表1的過(guò)程10），此刻發(fā)生了電機(jī)方向逆轉(zhuǎn)，引起了電流疊加。

該道岔每天動(dòng)作次數(shù)在270次左右，由于列車運(yùn)行密度高，折返站追蹤距離短，因而發(fā)生反轉(zhuǎn)次數(shù)的比例占到了0.8﹪左右。但是，并非一發(fā)生電機(jī)轉(zhuǎn)向突變就引起熔斷器的燒毀，為此，管理人員對(duì)電機(jī)的電流進(jìn)行了采樣及分析。

3　道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)向突變時(shí)的電流分析

由于道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)向突變時(shí)間極其短暫，傳統(tǒng)的微機(jī)監(jiān)測(cè)道岔電流曲線模塊的精度和響應(yīng)時(shí)間均無(wú)法嚴(yán)謹(jǐn)?shù)赜^測(cè)到電流值，故采用高精度測(cè)量?jī)x表分析反轉(zhuǎn)瞬時(shí)的電流-時(shí)間分布情況。

（1）測(cè)試儀表：Fluke 199示波器。

（2）測(cè)試附件：4.4Ω大功率無(wú)感電阻。

（3）測(cè)試方法：道岔動(dòng)作電路臨時(shí)使用3個(gè)10 A熔斷器，分次把電阻串聯(lián)在ZD 6型直流電機(jī)（DC 220 V）正電、定位負(fù)電、反位負(fù)電熔斷器電路中，用模擬列車占用方法引起道岔動(dòng)作過(guò)程中的電機(jī)轉(zhuǎn)向突變，并用示波器監(jiān)測(cè)電阻兩端實(shí)時(shí)波形。ZD 6型直流電機(jī)轉(zhuǎn)向突變波形如圖2所示。

圖2　ZD 6型直流電機(jī)轉(zhuǎn)向突變波形

由圖2可知，定、反位動(dòng)作的反轉(zhuǎn)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(xù)時(shí)間為2.4 ms。尖脈沖后緊接一個(gè)類似正電端波形，其波峰電流為12.7 A，持續(xù)時(shí)間超過(guò)5 A熔斷器的大電流持續(xù)時(shí)間44 ms，超過(guò)10 A熔斷器的持續(xù)時(shí)間18 ms。

波形突變主要是因電機(jī)兩端加上了反向直流電壓，在反向磁場(chǎng)剛剛運(yùn)作時(shí)，磁性最強(qiáng)，加上原來(lái)電機(jī)的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)也有很強(qiáng)的自感反電動(dòng)勢(shì)，能量疊加之后的通電線圈在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)最劇烈，引起了峰值波形。反轉(zhuǎn)之后電機(jī)慣性消失，同時(shí)轉(zhuǎn)子的感性能量也逐步消失，最終電流趨于穩(wěn)定。

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)向突變時(shí)刻的延時(shí)和電流值進(jìn)行對(duì)比分析，最終在時(shí)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(méi)有直接重疊，但它們的相對(duì)位置還是比較接近，經(jīng)過(guò)多次短時(shí)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(yuǎn)。所以，在聯(lián)鎖邏輯缺陷修正之前，暫時(shí)調(diào)整了熔斷器容量配置：DC 220 V正電和反位負(fù)電使用10 A，定位負(fù)電使用6 A。

4　結(jié)論

在特殊工況下，聯(lián)鎖中overlap防護(hù)進(jìn)路請(qǐng)求解鎖的延時(shí)與道岔動(dòng)作時(shí)間不匹配，會(huì)導(dǎo)致道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)向突變，尖峰電流長(zhǎng)期沖擊熔斷器是造成本次故障的根本原因。此類故障發(fā)生間隔時(shí)間長(zhǎng)、故障點(diǎn)隱秘，常規(guī)檢查無(wú)法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后才能逐步確定問(wèn)題的本質(zhì)。

表1　聯(lián)鎖動(dòng)態(tài)位時(shí)序分析

目前，信號(hào)設(shè)備供應(yīng)商已對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)反轉(zhuǎn)問(wèn)題進(jìn)行了確認(rèn)并及時(shí)發(fā)布了新版聯(lián)鎖軟件，修復(fù)了overlap防護(hù)進(jìn)路的邏輯漏洞。但管理人員發(fā)現(xiàn)，在ATS控制臺(tái)上快速來(lái)回單操道岔，或者人為單操道岔與自動(dòng)進(jìn)路有沖突情況下，也能引起道岔轉(zhuǎn)向突變，久而久之會(huì)引起燒毀熔斷器故障。因此，管理人員更新了《運(yùn)營(yíng)限制》，在《運(yùn)營(yíng)限制》中增加了“當(dāng)辦理進(jìn)路、列車觸發(fā)防護(hù)進(jìn)路、道岔單操所請(qǐng)求的道岔正在移動(dòng)，ATS界面還未顯示出道岔表示的13 s時(shí)間內(nèi)，嚴(yán)禁發(fā)送對(duì)相關(guān)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(xiàn)或者發(fā)現(xiàn)道岔表示不正常等待13 s后，才能再次發(fā)送道岔的控制命令。”以制度來(lái)規(guī)范運(yùn)營(yíng)人員的操作，降低設(shè)備故障概率，提高線路運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

圖3　不同熔斷器的時(shí)間-電流特性曲線

參考文獻(xiàn)

［1］ 魯志彤.我國(guó)車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)［J］.甘肅科技，2009（11）：61.

［2］ 沈美蘭.計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的故障-安全防護(hù)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(jī)轉(zhuǎn)速控制［J］.中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2004（6）：81.

［4］ 龐清樂(lè).基于智能算法的小電流接地故障選線研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，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(hào)U 213.6＋1

DOI：10.16037∕j.1007-869x.2016.01.022

收稿日期：（2014-04-24）