劉道榮 王俊鋒
天津輕軌信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)口熔斷器國(guó)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(guò)低壓斷路器進(jìn)行改造的過(guò)程;最后簡(jiǎn)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(guó)產(chǎn)化研究開(kāi)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(kāi)發(fā)區(qū)第七大街,全長(zhǎng)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(guó)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(guò)進(jìn)口熔斷器實(shí)現(xiàn)控制負(fù)載設(shè)備供電、過(guò)壓過(guò)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(guò)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(guò)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。
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(kāi)。
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(guò)熔斷器與下端負(fù)載設(shè)備物理連通,而1、2接點(diǎn)斷開(kāi),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(guò)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(guò)自身內(nèi)部熔斷切斷負(fù)載輸出,同時(shí)通過(guò)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(guò)內(nèi)部切斷2、3接點(diǎn),即電源屏與負(fù)載設(shè)備被斷開(kāi),而通過(guò)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。
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(jiǎn)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(gòu)周期長(zhǎng);③熔斷器頂針彈出后即失效、無(wú)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(wú)報(bào)警信息的情況,增大了故障處理的難度。
低壓斷路器,又稱空氣開(kāi)關(guān),是電路中失壓、欠壓、過(guò)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(guò)流或短路時(shí)斷開(kāi)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(guò)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(gòu)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(guò)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(kāi),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(kāi),報(bào)警電路處于斷開(kāi)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(kāi),使得0.5A低壓斷路斷開(kāi),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(guò)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(jiàn)圖3。
圖3 改造后的外觀
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(gòu)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(jiàn)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(zhǎng)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
天津輕軌投入運(yùn)營(yíng)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(guó)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(guó)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(guó)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)