地鐵車輛電路設(shè)計(jì)優(yōu)化淺析

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摘要：該文介紹廈門地鐵3號線110V列車激活控制回路的基本工作原理，從電路設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對前期發(fā)生的列車關(guān)斷激活時(shí)，繼電器線圈存在斷電時(shí)間差，造成繼電器抖動(dòng)、無法正常斷激活現(xiàn)象進(jìn)行分析。在保留激活控制回路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的熱備冗余設(shè)計(jì)的同時(shí)，結(jié)合繼電器電氣元件性能，充分考慮優(yōu)化后電路設(shè)計(jì)的合理性，形成針對性的優(yōu)化方案并實(shí)施改造。在提升電客車運(yùn)營安全可靠性的同時(shí)，也對后續(xù)項(xiàng)目的電客車電路設(shè)計(jì)有著較為實(shí)用的參考意義。

關(guān)鍵詞：地鐵列車；激活回路；繼電器；冗余；優(yōu)化

列車激活回路作為地鐵電客車車輛的主要弱電部分，涉及列車牽引、制動(dòng)、車門和網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)子系統(tǒng)的功能控制，而繼電器作為激活電路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著狀態(tài)反饋、聯(lián)鎖控制等關(guān)鍵功能。因此，對于激活回路中繼電器各觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)用應(yīng)考慮全面，在確保回路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)置熱備冗余的同時(shí)，需結(jié)合電氣元件性能充分考慮其應(yīng)用合理性。

1列車激活原理

廈門地鐵3號線激活回路開啟或關(guān)斷主要由=22-S01列車激活開關(guān)控制，該開關(guān)是自復(fù)位開關(guān)，共設(shè)置有“OFF、0、ON”3種檔位，如圖1所示。當(dāng)=22-S01處于0位的時(shí)候11-12觸點(diǎn)是導(dǎo)通的，23-24觸點(diǎn)是斷開的；=22-S01處于ON位時(shí)，11-12觸點(diǎn)與23-24觸點(diǎn)都是導(dǎo)通的；=22-S01處于OFF位時(shí)，11-12觸點(diǎn)與23-24觸點(diǎn)都是斷開的。當(dāng)操作激活旋鈕至“ON”位時(shí)，在列車激活的瞬間，110V電源經(jīng)過=22-F01（列車激活供電斷路器）、=22-S01（列車激活開關(guān)）的24-23觸點(diǎn)和=22-K04（列車激活保持繼電器）的3-13常閉觸點(diǎn)，使得=22-K01（列車激活繼電器）、=22-K03（列車激活繼電器）的線圈得電，=22-K01的3-13常閉觸點(diǎn)斷開，如圖2所示。激活電路保持采用尾車通過列車線對激活端進(jìn)行供電，通過尾車的=22-K01（列車激活繼電器）常閉觸點(diǎn)3-13、22D07列車線、=22-S01（列車激活開關(guān)）的11-12觸點(diǎn)、=22-K61（蓄電池保護(hù)繼電器）常閉觸點(diǎn)4-14、=22-K01（列車激活繼電器）的4-12觸點(diǎn)和=22-K03（列車激活繼電器）的4R-14R觸點(diǎn)、使得=22-K01和=22-K03線圈保持得電狀態(tài)，構(gòu)成自鎖電路，如圖3所示。當(dāng)操作激活旋鈕至“OFF”位時(shí)，=22-S01的11-12觸點(diǎn)斷開，激活保持回路供電中斷，使得=22-K01和=22-K03線圈失電，列車斷激活。

2問題分析

前期發(fā)現(xiàn)多列車將列車激活開關(guān)=22-S01打至“OFF”位時(shí)，激活無法正常關(guān)斷，繼電器存在抖動(dòng)現(xiàn)象。考慮若列車激活無法正常斷開，在多次操作激活開關(guān)關(guān)斷激活的過程中，將導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)異常吸合、斷開，易燒灼觸點(diǎn)，損害繼電器，降低使用壽命，因此需要優(yōu)化列車激活電路。

2.1繼電器分析

經(jīng)過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，故障原因主要由=22-K01、=22-K032個(gè)繼電器在斷激活過程中未正常失電導(dǎo)致。該項(xiàng)目早期出于冗余考慮，將=22-K01繼電器的4-12、5-7觸點(diǎn)與=22-K03的4R-14R、3L-11L采用并聯(lián)設(shè)計(jì)，若任意一個(gè)繼電器單路觸點(diǎn)故障不會(huì)導(dǎo)致整列車激活斷開，提高可用性。列車激活繼電器=22-K01型號為D-U204-CKL，見圖4及表1。繼電器=22-K03型號為D8-U204-CKL，見圖5及表2。2種繼電器僅輔助觸點(diǎn)不同，其他性能參數(shù)基本一致，繼電器觸點(diǎn)吸合時(shí)間小于20ms，釋放時(shí)間小于12ms。

2.2電路原理分析

在列車斷激活過程中，當(dāng)2個(gè)繼電器釋放動(dòng)作不一致時(shí)，尤其是=22-K01的釋放動(dòng)作稍快一點(diǎn)而=22-K03的4R-14R觸點(diǎn)還未斷開的的情況下，就會(huì)發(fā)生本車的=22-K01繼電器線圈失電后，=22-K01的3-13常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合狀態(tài)、經(jīng)過蓄電池保護(hù)繼電器=22-K61常閉觸點(diǎn)4-14、=22-K03的4R-14R觸點(diǎn)，使=22-K01繼電器線圈恢復(fù)得電，而=22-K01繼電器得電后，繼電器線圈的觸點(diǎn)閉合情況下存在彈跳時(shí)間，進(jìn)而導(dǎo)致繼電器頻繁動(dòng)作抖動(dòng)的情況。

3優(yōu)化方案

3.1電氣方案設(shè)計(jì)

綜上分析，此故障是由于列車激活繼電器存在釋放不一致的情況，當(dāng)=22-K01的釋放動(dòng)作稍快時(shí)，將導(dǎo)致=22-K03、=22-K01頻繁發(fā)生自鎖故障。根據(jù)原理圖進(jìn)行分析，若取消=22-K01繼電器與=22-K03的繼電器的觸點(diǎn)并聯(lián)設(shè)計(jì)，可避免無法正常斷激活現(xiàn)象發(fā)生。但是該節(jié)點(diǎn)為激活電路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的熱備冗余，若去除后發(fā)生繼電器觸點(diǎn)阻值過大或其他異常情況將導(dǎo)致列車激活電路在該處斷開失電且無法再次激活，整列車弱電控制系統(tǒng)將會(huì)處于癱瘓狀態(tài)，對正線行車產(chǎn)生嚴(yán)重影響。經(jīng)綜合考慮，最終在保留=22-K01繼電器與=22-K03的繼電器的觸點(diǎn)并聯(lián)設(shè)計(jì)情況下，采用在=22-K01繼電器3-13常閉觸點(diǎn)后串聯(lián)=22-K03的3L-13L常閉觸點(diǎn)，原理圖變更如圖6所示。

3.2實(shí)施方案

將=22-K01的3口接線22D03-401拆下，接入=22-K03的3R口，即=22-K03的3R口與=22-S01的12口相連；將=22-K01的3口接線22D03-402拆下，接入=22-K03的3R口，即=22-K03的3R口與=22-K61的14口相連；新增=22-K01的5口接線22D06-405連接至=22-K03的3L口；新增=22-K03的11R口接線22D11-401連接至=22-K01的3口。接線表見表3。

3.3實(shí)施效果

已按上述方案對廈門地鐵3號線車輛的列車激活電路進(jìn)行了改造，在保持激活電路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的熱備冗余設(shè)計(jì)的同時(shí)，從根本上解決了電客車斷激活時(shí)繼電器存在抖動(dòng)，無法正常斷激活故障，使用效果良好。

4結(jié)論

通過這項(xiàng)升級改造，完善了電客車激活回路設(shè)計(jì)，從根本上解決了問題。在電路設(shè)計(jì)中，在對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)增設(shè)冗余點(diǎn)位的同時(shí)，要結(jié)合電氣元件性能充分考慮其合理性，不能增加次生隱患。本次問題涉及的功能電路原理具有通用性，對于今后其他地鐵項(xiàng)目的電客車電路設(shè)計(jì)有著較為實(shí)用的參考意義。

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作者:趙杰 高周瑜 曾憲威 傅雪峰 單位:廈門軌道交通集團(tuán)有限公司