劉道榮 王俊鋒

天津輕軌信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)口熔斷器國產(chǎn)化改造

劉道榮 王俊鋒

摘 要：概述了天津輕軌信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)口熔斷器的結(jié)構(gòu)和功能;詳細(xì)描述了通過低壓斷路器進(jìn)行改造的過程;最后簡要進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析，為城市軌道交通列車控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化研究開拓了一個(gè)新領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：熔斷器;改造;低壓斷路器

天津輕軌西起天津火車站，東至經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)第七大街，全長52.252 km，設(shè)有19個(gè)車站，試車線、車輛段、停車場(chǎng)和控制中心各1個(gè)。天津輕軌采用美國USSI公司的基于FSK軌道電路的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞ATC列車自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過進(jìn)口熔斷器實(shí)現(xiàn)控制負(fù)載設(shè)備供電、過壓過流保護(hù)并生成報(bào)警信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了自診斷及自動(dòng)報(bào)警的功能。15個(gè)設(shè)備集中站共有6種型號(hào)約1614個(gè)熔斷器。經(jīng)過大膽試驗(yàn)及測(cè)試，在試車線PSW、PL、PM和PV 4個(gè)機(jī)柜使用低壓斷路器替代進(jìn)口熔斷器，經(jīng)過細(xì)致嚴(yán)格地測(cè)試和近2年的使用，不僅實(shí)現(xiàn)了原有斷路保險(xiǎn)系統(tǒng)的電路及安全功能，并且大大降低了維護(hù)成本。

1 結(jié)構(gòu)及功能分析

經(jīng)拆解及初步的測(cè)試，正常狀態(tài)的進(jìn)口熔斷器，其外部由多層裹繞的特殊絕緣材料及上下部的碗狀金屬帽密閉組成。其內(nèi)部有一個(gè)套在彈簧內(nèi)并且底部與彈簧相連的頂針，頂針下方連接一根細(xì)熔絲，熔絲與下部的金屬帽相連，彈簧的另一端頂于上部的金屬帽，并填充有不可燃的白色粉末狀絕緣物質(zhì)。當(dāng)發(fā)生異常或故障時(shí)，熔斷器的頂針彈出，且內(nèi)部的熔絲與其下部金屬帽斷開。

電路具體連接方式如圖1。1號(hào)接線排為報(bào)警回路端，2號(hào)接線排為輸入電源，標(biāo)號(hào)7為負(fù)載設(shè)備引入點(diǎn)，標(biāo)號(hào)“182 0.5A”為進(jìn)口熔斷器。當(dāng)設(shè)備正常工作時(shí)，該電路中的2、3接點(diǎn)經(jīng)由0.5A的熔斷器連通，即電源屏通過熔斷器與下端負(fù)載設(shè)備物理連通，而1、2接點(diǎn)斷開，報(bào)警電路處于未連通狀態(tài)。

圖1 發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)口熔斷器工作電路圖

通過圖1我們可以看出，當(dāng)負(fù)載設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，熔斷器通過自身內(nèi)部熔斷切斷負(fù)載輸出，同時(shí)通過頂端彈出的頂針接通報(bào)警電路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了斷路保護(hù)及告警功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常狀況時(shí)，熔斷器通過內(nèi)部切斷2、3接點(diǎn)，即電源屏與負(fù)載設(shè)備被斷開，而通過熔斷器頂端彈出的頂針將1、2接點(diǎn)連通，即報(bào)警電路被連通，報(bào)警設(shè)備發(fā)出報(bào)警信息。

2 進(jìn)口熔斷器利弊分析

結(jié)合近9年維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，此類型熔斷器的優(yōu)點(diǎn)為：①插拔式安裝，操作簡便;②熔斷器不區(qū)分交直流，通用性強(qiáng)。

使用中此種熔斷器的弊端表現(xiàn)在：①進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴 (111～138元/個(gè));②采購周期長;③熔斷器頂針彈出后即失效、無法再次使用;④多次出現(xiàn)負(fù)載設(shè)備斷電而熔斷器頂針未彈起，造成無報(bào)警信息的情況，增大了故障處理的難度。

3 替代品及改造施工

低壓斷路器，又稱空氣開關(guān)，是電路中失壓、欠壓、過載和短路保護(hù)的電器設(shè)備。為滿足正常狀態(tài)下接通供電電路，出現(xiàn)過流或短路時(shí)斷開電路且接通報(bào)警電路的要求，把低壓斷路器作為本項(xiàng)改造的首選產(chǎn)品。隨后，查找并對(duì)比了市場(chǎng)上主流的斷路器，發(fā)現(xiàn)輸出端具備輔助觸點(diǎn)的斷路器，與斷路器主電路分、合構(gòu)成了機(jī)械上的觸頭聯(lián)動(dòng)，可用于斷路器分、合狀態(tài)的顯示，并可接在斷路器的控制電路中，通過斷路器的分合對(duì)其相關(guān)電器實(shí)施控制或聯(lián)鎖，功能上完全可以滿足本項(xiàng)改造的要求，于是確定查找輸出端具備輔助觸點(diǎn)的斷路器。

為保證質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，并最大限度地降低采購及后期維護(hù)成本，選擇了HY-MAG公司生產(chǎn)的QA和QDC系列工業(yè)用低壓斷路器。經(jīng)過反復(fù)的論證和試驗(yàn)，最終確定了QDC-A-2(5A、6A)斷路器，QA-A-1(0.5A、1A、5A、10A)斷路器，共計(jì)6種型號(hào)。

1．HY-MAG QA和QDC系列低壓斷路器的輔助觸點(diǎn)，能夠隨斷路器主電路的閉合或斷開，自動(dòng)接通輔助接點(diǎn)中的中接點(diǎn)和前接點(diǎn)、或中接點(diǎn)和后接點(diǎn)。根據(jù)這一特點(diǎn)，對(duì)原有接線方式及電路圖進(jìn)行了修改。圖2是使用QA-A-1(0.5A)低壓斷路器發(fā)生故障時(shí)的電路圖。

圖2中，0.5A低壓斷路正常接通狀態(tài)下，輸入接點(diǎn)11和輸出接點(diǎn)12閉合，電源被引入負(fù)載設(shè)備，同時(shí)其自身的輔助接點(diǎn)21和22斷開，報(bào)警電路處于斷開狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載設(shè)備發(fā)生短路時(shí)，輸入接點(diǎn)11和輸出接點(diǎn)12斷開，使得0.5A低壓斷路斷開，負(fù)載設(shè)備的輸入電源被切斷，同時(shí)輔助接點(diǎn)21和22閉合，報(bào)警電路被接通。

圖2 采用斷路器替代后，發(fā)生故障時(shí)的電路圖

2．施工過程中，最大限度地利用了原有的接線及端子。采用酚醛板作為電源及報(bào)警電路的接線排。所有的接線采用信號(hào)系統(tǒng)電源專用的7×0.52 mm2多股軟銅線。根據(jù)斷路器自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將斷路器固定在滑道上，并采用板前接線的方式。在斷路器輔助接點(diǎn)接線時(shí)，采用了專用的插接片。同時(shí)，為保證接線的牢固，在插接片的一端點(diǎn)焊并壓接電源線，另一端插接于斷路器輔助接點(diǎn)的插槽內(nèi)。

為區(qū)分不同用途的斷路器，對(duì)原熔斷器的銘牌進(jìn)行了舊物利用，裁剪合適后粘貼在斷路器的前面板處，作為相應(yīng)斷路器的銘牌。改造完成后的外觀效果見圖3。

圖3 改造后的外觀

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)近8年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，每年正常消耗的進(jìn)口熔斷器約30個(gè)。按2010年采購熔斷器的價(jià)格126元/個(gè)計(jì)算，每年正常消耗的熔斷器價(jià)值約3780元。而隨著原材料價(jià)格的上漲以及設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定性的下降，進(jìn)口熔斷器的單價(jià)及年度消耗量已呈現(xiàn)明顯上升的趨勢(shì)，維護(hù)成本在不斷增加。另一方面，本項(xiàng)改造完成后，在斷路器正常工作的使用壽命內(nèi)，斷路器的維護(hù)基本不發(fā)生費(fèi)用。

本項(xiàng)改造前后歷時(shí)近2個(gè)月，共投入日班人員10名，主要利用白天的零散時(shí)間施工。改造中，消耗的物料及相關(guān)費(fèi)用主要包括以下5項(xiàng)：

1.HY-MAG斷路器，型號(hào)單價(jià)及數(shù)量見表1。

2.電線：津成牌7×0.52mm2多股軟銅線，100m/盤，單價(jià)148元，消耗4盤。

3.條形酚醛板，寬20mm、厚8mm、2m/根，單價(jià)8.6元，消耗5根。

4.斷路器滑道，掛鉤型，寬 65 mm、長535 mm，單價(jià)4元，消耗12根。

5.螺栓、螺母及墊片，均利用了原安裝裝置的緊固件，費(fèi)用可忽略。

綜合以上5項(xiàng)主要物料，試車線改造的材料費(fèi)總計(jì)約7621元。

表1 斷路器單價(jià)及數(shù)量

5 結(jié)束語

天津輕軌投入運(yùn)營已近9年，熔斷器的消耗呈明顯上升趨勢(shì)。歷時(shí)近2個(gè)月，完成了試車線PSW、PL、PM和PV 4個(gè)機(jī)柜58個(gè)進(jìn)口熔斷器的斷路保險(xiǎn)系統(tǒng)改造工作。經(jīng)嚴(yán)格細(xì)致的試驗(yàn)及2年的實(shí)際使用，該項(xiàng)改造效果良好，在保證安全、穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了低壓斷路器替代進(jìn)口熔斷器，降低了維護(hù)成本，為后續(xù)的深入改造，從設(shè)備選型、人員鍛煉以及施工管控等方面奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并為其他使用類似斷路保險(xiǎn)系統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)國產(chǎn)化改造，提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］吳汶麟．城市軌道交通信號(hào)與通信系統(tǒng)［M］．北京：中國鐵道出版社，2000，8．

［2］USSI公司．ATC系統(tǒng)軌旁設(shè)計(jì)文檔［Z］．2003．

Abstract:The paper summarizes the structure and function of the imported fuse adopted by Binhai Light Railway in Tianjin．It describes how to transform the fuse by using low-voltage circuit breakers in detail．At last，it gives a general overview of the economic efficiency analysis of this transformation and opens a new research field for homemade automatic train control system for urban rail transit．

Key words:Fuse;Transformation;Low-voltage circuit breakers

劉道榮：天津輕軌維修部 工程師 300451 天津

王俊鋒：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 助理研究員100081 北京

2013-04-03

(責(zé)任編輯：張 利)