ZDJ9 轉(zhuǎn)轍機(jī)自動(dòng)開(kāi)閉器接點(diǎn)電阻阻值研究應(yīng)用

章廷旭

（廈門軌道建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司,福建 廈門 365100）

轉(zhuǎn)轍機(jī)是重要的信號(hào)設(shè)備，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換道岔開(kāi)通方向，鎖閉道岔尖軌，反映道岔位置。其中，自動(dòng)開(kāi)閉器是轉(zhuǎn)轍機(jī)反映尖軌的位置、控制電動(dòng)機(jī)的重要部件，是轉(zhuǎn)轍機(jī)頻發(fā)故障的薄弱環(huán)節(jié)[1]。廈門地鐵2019—2022年的故障統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

圖1 廈門地鐵轉(zhuǎn)轍機(jī)故障統(tǒng)計(jì)（2019—2022年）

自動(dòng)開(kāi)閉器故障占比高，將導(dǎo)致道岔失表、四開(kāi)，威脅列車運(yùn)行安全。當(dāng)前自動(dòng)開(kāi)閉器的故障主要原因?yàn)樵O(shè)備磨耗和檢修不當(dāng)[2]。以廈門地鐵現(xiàn)維保標(biāo)準(zhǔn)為例，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)閉器維護(hù)存在以下問(wèn)題。

（1）檢修問(wèn)題：①檢修標(biāo)準(zhǔn)缺乏依據(jù)，檢修效率低下；②過(guò)度修或檢修不當(dāng)導(dǎo)致設(shè)備可靠性降低；③檢修流程不合理。

（2）監(jiān)測(cè)問(wèn)題：①對(duì)接點(diǎn)電阻缺乏監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)指標(biāo)，無(wú)法通過(guò)既有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)預(yù)警自動(dòng)開(kāi)閉器故障；②故障處置依賴經(jīng)驗(yàn)值，缺乏動(dòng)態(tài)分析。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文將科學(xué)制定接點(diǎn)電阻的檢修標(biāo)準(zhǔn)閾值，并應(yīng)用該電阻標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化檢修方式、檢修流程，提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接點(diǎn)電阻狀態(tài)的方法。

1 現(xiàn)有接點(diǎn)電阻檢修方法分析

各廠家、地鐵運(yùn)營(yíng)公司采用不同檢測(cè)方式均能較好反映自動(dòng)開(kāi)閉器的狀態(tài)。但各檢測(cè)與更換方式也存在不同，各優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下。

（1）定期更換：優(yōu)點(diǎn)是保證自動(dòng)開(kāi)閉器接點(diǎn)使用，缺點(diǎn)是存在設(shè)備未達(dá)到壽命周期便提前更換，且無(wú)法對(duì)自動(dòng)開(kāi)閉器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（2）壓力測(cè)試：能保證接點(diǎn)接觸的可靠性，缺點(diǎn)是間接實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)接觸可靠估計(jì)，需要采購(gòu)壓力測(cè)試儀器，無(wú)法對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（3）接點(diǎn)電阻：能直接衡量觸面電流導(dǎo)通情況，易于監(jiān)測(cè)。但當(dāng)前缺乏合理檢修標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)適用于出廠檢測(cè)，對(duì)檢修難以匹配指導(dǎo)。例如，廣州地鐵采用的標(biāo)準(zhǔn)為30 Ω＜測(cè)試值＜100 Ω時(shí)須對(duì)其接點(diǎn)進(jìn)行整治，但100 Ω電阻將導(dǎo)致三相電機(jī)無(wú)法運(yùn)行。

因此，相較于其他方式接點(diǎn)電阻能直接反映導(dǎo)通情況，易于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有應(yīng)用可行性，需要針對(duì)檢修標(biāo)準(zhǔn)缺乏參考阻值的問(wèn)題進(jìn)行細(xì)化分析，以匹配現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢修。

2 檢修標(biāo)準(zhǔn)制定

為實(shí)現(xiàn)對(duì)檢修質(zhì)量的控制，本文將自動(dòng)開(kāi)閉器檢修標(biāo)準(zhǔn)劃分為三級(jí)。

（1）檢修標(biāo)準(zhǔn)：即檢修后應(yīng)達(dá)到的預(yù)期阻值。

（2）整治閾值：阻值在該范圍內(nèi)，代表設(shè)備處于理想狀態(tài)；阻值不在該范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行維修，也是設(shè)備故障狀態(tài)的預(yù)警閾值。

（3）更換閾值：超過(guò)該阻值，表明設(shè)備處于故障狀態(tài)，且該阻值接點(diǎn)損壞較嚴(yán)重，需要進(jìn)行更換。

2.1 接點(diǎn)電阻最大值分析

接點(diǎn)電阻最大值是考慮最不利因素下的故障臨界阻值，ZDJ9型轉(zhuǎn)轍機(jī)為三相五線制電路[3]，五條線分別為X1、X2、X3、X4、X5，由X1、X2、X4形成定位表示，X1、X3、X5形成反位表示，由X1、X2、X5驅(qū)動(dòng)電機(jī)定操，由X1、X3、X4驅(qū)動(dòng)電機(jī)反操。由自動(dòng)開(kāi)閉器各接點(diǎn)控制線路的切換與通斷，其中23-24、45-46、25-26等接點(diǎn)影響了表示繼電器的電氣特性與時(shí)間特性，11-12、13-14、K01-K02等接點(diǎn)控制了三相電機(jī)的動(dòng)作功率。為保證道岔的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將分為三個(gè)特性討論接點(diǎn)電阻產(chǎn)生的影響。

2.1.1 接點(diǎn)電阻電氣特性分析

接點(diǎn)電阻電氣特性良好，需要保障繼電器滿足最小工作電壓。ZDJ9定反位表示采用JPXC-1000型繼電器[4]，內(nèi)阻 Ω，最小工作電壓 V。根據(jù)計(jì)算，確定接點(diǎn)電阻與繼電器兩端電壓的函數(shù)關(guān)系如式（1）、式（2）所示。

以定表為例，式中x1為二極管支路接點(diǎn)電阻，x2為繼電器支路接點(diǎn)電阻。x1、x2與UDBJ呈反比關(guān)系，電阻越大，電壓越小。當(dāng)繼電器兩端電壓UDBJ達(dá)到工作值時(shí)，得到最大二極管支路電阻約x1=276.11 Ω，最大繼電器支路電阻約x2=477.82 Ω。

2.1.2 接點(diǎn)電阻功率特性分析

利用滑動(dòng)變阻器進(jìn)行道岔操動(dòng)實(shí)驗(yàn)。在雙機(jī)控制的岔中，J1在啟動(dòng)電路接入滑動(dòng)變阻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，J2保持正常，如圖2所示。

圖2 滑動(dòng)變阻器功率測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖

隨滑動(dòng)變阻器電阻增加，模擬啟動(dòng)電路自動(dòng)開(kāi)閉器接觸電阻上升，轉(zhuǎn)轍機(jī)操動(dòng)情況如表1所示。

表1 功率測(cè)試現(xiàn)象表

0 Ω～50 Ω的電阻轉(zhuǎn)轍機(jī)能夠正常平順地執(zhí)行解鎖轉(zhuǎn)換鎖閉的過(guò)程。75 Ω時(shí)，道岔出現(xiàn)2 mm～4 mm檢查無(wú)法鎖閉的情況，表明此時(shí)電機(jī)工作功率已經(jīng)不足，將威脅行車安全。當(dāng)電阻達(dá)到125 Ω時(shí)，因三相電不平衡被DBQ切斷，J1無(wú)法轉(zhuǎn)換。

2.2 接點(diǎn)電阻理想條件分析

理想狀態(tài)是確定整治閾值的標(biāo)準(zhǔn)，在該范圍內(nèi)的電阻將不對(duì)繼電器特性以及轉(zhuǎn)轍機(jī)操動(dòng)造成任何負(fù)面影響。采用Multisim構(gòu)建仿真電路，利用示波器在繼電器支路監(jiān)測(cè)直流電流。雖然JPXC-1000繼電器線圈感抗強(qiáng)，但由于是半波整流形成的直流電流，示波器仍然觀測(cè)到波動(dòng)。如果其瞬時(shí)值達(dá)到負(fù)值，將使繼電器線圈的勵(lì)磁效果受影響。因此，在理想狀態(tài)下電流波形應(yīng)當(dāng)為瞬時(shí)電流全部大于0 A的波形。

二極管支路接入電阻測(cè)試，結(jié)果如圖3所示。

圖3 二極管支路接點(diǎn)電阻變化的電流波形圖

由圖3可知，當(dāng)接點(diǎn)電阻R為0 Ω時(shí)，電流瞬時(shí)值均大于0 A；當(dāng)R為50 Ω時(shí)，電流瞬時(shí)值的極小值約等于0 A。當(dāng)R大于50 Ω時(shí)，電流瞬時(shí)值為負(fù)值。

繼電器支路接入電阻測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

圖4 繼電器支路接點(diǎn)電阻變化的電流波形圖

當(dāng)接點(diǎn)電阻R為100 Ω時(shí)，電流瞬時(shí)值極小值略大于0 A；當(dāng)R為200 Ω，電流瞬時(shí)值極小值約等于0 A；當(dāng)R為300 Ω，電流瞬時(shí)值極小值小于0 A。

因此，繼電器支路電阻變化引起工作電流變化的靈敏度要小于二極管支路，側(cè)面驗(yàn)證了繼電器支路與二極管支路計(jì)算得出函數(shù)關(guān)系結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 接點(diǎn)電阻檢修標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)制定

三級(jí)檢修標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國(guó)標(biāo)和設(shè)備的理想狀態(tài)臨界值與故障狀態(tài)臨界值確定。出于對(duì)設(shè)備可靠性考慮，應(yīng)留有足夠的安全裕量基于設(shè)備冗余以及預(yù)警的空間，通常帶有二極管或晶閘管的線路額定電流一般留有1.5～2倍安全裕量[5]。本研究設(shè)定1.5倍安全裕量，閾值出現(xiàn)小數(shù)則為方便測(cè)量與記憶進(jìn)行向下取整，如表2所示。

表2 接點(diǎn)電阻分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表

此標(biāo)準(zhǔn)要求調(diào)整清潔與打入深度后靜態(tài)接觸電阻≤3 Ω，30 Ω＜測(cè)試值＜50 Ω，該閾值內(nèi)需對(duì)其接點(diǎn)進(jìn)行整治，當(dāng)測(cè)試值≥50 Ω，該電阻下接點(diǎn)通常伴隨變形或者嚴(yán)重磨損，應(yīng)對(duì)動(dòng)接點(diǎn)進(jìn)行更換。

3 接點(diǎn)電阻檢修及監(jiān)測(cè)方法優(yōu)化

3.1 接點(diǎn)電阻檢修方式調(diào)整

當(dāng)前廈門地鐵對(duì)于自動(dòng)開(kāi)閉器的檢修是結(jié)合月檢開(kāi)展的計(jì)劃修。由于桿件阻擋只能檢修、清潔1-3或2-4兩組靜接點(diǎn)片和一組動(dòng)接點(diǎn)組，對(duì)另一組進(jìn)行檢修需要再操動(dòng)道岔，維修效率較低。對(duì)于道岔的過(guò)度擦拭清潔，將會(huì)增加接點(diǎn)磨損甚至導(dǎo)致接點(diǎn)形變使接點(diǎn)壓力產(chǎn)生變化，降低接點(diǎn)的壽命。

狀態(tài)修是指根據(jù)設(shè)備的現(xiàn)狀而進(jìn)行必要的維修。針對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目，自動(dòng)開(kāi)閉器的檢修項(xiàng)目可以分為檢測(cè)類、調(diào)整類、維護(hù)類。針對(duì)檢測(cè)類項(xiàng)目維持計(jì)劃修進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于調(diào)整類、維護(hù)類項(xiàng)目則根據(jù)檢測(cè)得到的設(shè)備狀況進(jìn)行狀態(tài)修，避免出現(xiàn)過(guò)度修狀況。具體調(diào)整如表3所示。

表3 自動(dòng)開(kāi)閉器檢修項(xiàng)目調(diào)整表

3.2 接點(diǎn)電阻檢修流程優(yōu)化

當(dāng)前自動(dòng)開(kāi)閉器的檢修順序?yàn)椋河|面清潔→擋環(huán)或開(kāi)口銷檢查→打入深度調(diào)整→自動(dòng)開(kāi)閉器各摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)部位潤(rùn)滑→透光檢查→作業(yè)結(jié)束。調(diào)整的過(guò)程遵循以下幾點(diǎn)考量。

（1）使用潤(rùn)滑噴霧可能導(dǎo)致沾染油污，測(cè)量電阻在涂油之后，以檢驗(yàn)作業(yè)后觸面的清潔程度。

（2）在清潔過(guò)程中擦拭動(dòng)作可能導(dǎo)致接點(diǎn)片形變，透光檢查和接點(diǎn)密貼調(diào)整放在完成清潔后進(jìn)行。

（3）標(biāo)準(zhǔn)建立后，在接點(diǎn)檢修過(guò)程中加入電阻測(cè)量工作，先檢后修，避免過(guò)度修額外增加接點(diǎn)磨損與形變。加入測(cè)量電阻順序?yàn)椋簱醐h(huán)或開(kāi)口銷檢查→打入深度調(diào)整→自動(dòng)開(kāi)閉器各摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)部位潤(rùn)滑→電阻測(cè)量→觸面清潔→透光檢查→接點(diǎn)密貼調(diào)整→接點(diǎn)壓力調(diào)整→開(kāi)閉器保護(hù)罩蓋緊→作業(yè)結(jié)束。

3.3 接點(diǎn)電阻監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用

當(dāng)前廈門地鐵對(duì)自動(dòng)開(kāi)閉器電阻監(jiān)測(cè)，主要是使用萬(wàn)用表配合檢修測(cè)量。在實(shí)際生產(chǎn)中，MSS系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)信號(hào)設(shè)備的主要參考，可實(shí)現(xiàn)對(duì)表示電壓以及電流曲線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采樣點(diǎn)如圖5所示。

圖5 三相交流互感器監(jiān)測(cè)位置示意

（1）直流電壓監(jiān)測(cè)

直流電壓監(jiān)測(cè)可以直接反映表示繼電器兩端電壓，ΔUDBJ通常在21 V左右。代入整治閾值30 Ω，由于接點(diǎn)所處支路不同，將使電壓差ΔUDBJ下降約0.5 V～1 V。因此若在MSS上發(fā)現(xiàn)直流定位自采電壓下降至20 V以下，需要對(duì)自動(dòng)開(kāi)閉器進(jìn)行檢修。

（2）電路動(dòng)作曲線監(jiān)測(cè)

電流和功率曲線同樣可以從側(cè)面反映接點(diǎn)電阻的部分情況。使用滑動(dòng)變阻器模擬接點(diǎn)電阻變化，電流曲線如圖6所示。

圖6 不同接點(diǎn)電阻的MSS電流監(jiān)測(cè)曲線

在正常情況下，轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作過(guò)程依次經(jīng)過(guò)小臺(tái)階與2DQJ轉(zhuǎn)的電流高峰，之后三相電均衡工作5 s～6 s，工作電流在2 A左右，隨著自閉切斷，1DQJ繼電器緩放，進(jìn)入約0.5 s小尾巴[6]。

隨著接點(diǎn)阻值升高，接入相電流隨之降低。當(dāng)電阻達(dá)到50 Ω時(shí)，三相電表現(xiàn)出明顯的不均衡。當(dāng)電阻達(dá)到125 Ω時(shí)，被DBQ切斷停止動(dòng)作，道岔無(wú)法正常轉(zhuǎn)換。該曲線與轉(zhuǎn)轍機(jī)功率實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象吻合。

4 實(shí)例應(yīng)用

根據(jù)接點(diǎn)電阻標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)整措施，2022年8月1日開(kāi)始廈門地鐵每月進(jìn)行1、2、3號(hào)線折返站36組道岔自動(dòng)開(kāi)閉器接點(diǎn)電阻測(cè)試，結(jié)果如表4所示。

表4 自動(dòng)開(kāi)閉器接點(diǎn)電阻測(cè)試記錄表

在廈門地鐵的3條正線及其場(chǎng)段，對(duì)上述存在電阻偏大的接點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行整改測(cè)試，并比較整改前測(cè)試數(shù)據(jù)和整改后數(shù)據(jù)。在整改后進(jìn)行為期12個(gè)月的觀察，經(jīng)整改后的測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)小于3 Ω，并且接點(diǎn)接觸無(wú)透光，在周期內(nèi)不再發(fā)生因接點(diǎn)組導(dǎo)致的故障。

應(yīng)用測(cè)試接點(diǎn)電阻的方法有效提升了道岔的可靠性與安全性，從2022年的3起，自動(dòng)開(kāi)閉器故障下降至0起，自動(dòng)開(kāi)閉器故障率下降100%，有效保障了運(yùn)營(yíng)安全。2023年上半年廈門地鐵發(fā)生轉(zhuǎn)轍機(jī)故障2起，轉(zhuǎn)轍機(jī)月均故障率較2022年上半年同比下降75%，設(shè)備可靠性得到有效提升。

5 結(jié)論

自廈門地鐵開(kāi)通以來(lái)，自動(dòng)開(kāi)閉器導(dǎo)致的轉(zhuǎn)轍機(jī)失表始終是信號(hào)設(shè)備的頻發(fā)故障。本研究針對(duì)自動(dòng)開(kāi)閉器接點(diǎn)阻值展開(kāi)深入分析，綜合考慮各項(xiàng)性能指標(biāo)，量化接點(diǎn)電阻對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，提供了轉(zhuǎn)轍機(jī)檢修接點(diǎn)電阻的合理參考，并應(yīng)用該參考標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化了自動(dòng)開(kāi)閉器檢修方式，確定了接點(diǎn)阻值的監(jiān)測(cè)方法，有效控制了信號(hào)設(shè)備質(zhì)量，提升了設(shè)備的可靠性。