辛 驥 李中羽 容亮榮

廣州地鐵2、4、5、6、8號線均采用西門子公司生產的S700K－C型轉轍機。根據多年的維護經驗，S700K轉轍機配套使用的沙爾特寶速動開關組故障率較高，約占轉轍機電氣故障率的50%以上，主要表現(xiàn)為開關接點氧化、發(fā)黑，導通電阻異常增大或接觸不良等現(xiàn)象，導致道岔無法轉換或正常顯示位置，直接影響地鐵正常運營。為降低速動開關故障產生的影響，現(xiàn)場維護人員不得不采用定期更換等預防措施，雖然一定程度上減少了故障發(fā)生率，但仍然無法完全解決此類故障，同時也提高了生產成本。鑒于此，結合設備電路結構特點，在不影響故障導向安全的前提下，提出對五線制電路速動開關進行并聯(lián)改造，以提高設備的穩(wěn)定性。

1 電路原理

S700K電動轉轍機采用交流三相異步電機，其五線制電路主要包括啟動電路和表示電路。如圖1所示，其中啟動電路包括交流A、B、C三相輸入，A相X1為公共輸入，通過B、C換相，即X1、X3、X4或X1、X2、X5實現(xiàn)電機正轉和反轉，定位轉反位經過的速動開關節(jié)點依次為12－2—11－2、12－1—11－1、 13－1—14－1、13－2—14－2；反位轉定位經過的速動開關節(jié)點依次為41－1—42－1、41－2—42－2、44－2—43－2、44－1—43－1；表示電路則利用獨立的表示電源，結合室外二極管和機內速動開關接點構成獨立的表示回路，定位表示回路經過的速動開關節(jié)點依次為33－1—34－1、33－2—34－2、15－1—16－1、35－1—36－1，反位轉定位經過的速動開關節(jié)點依次為23－1—24－1、23－2—24－2、45－1—46－1、25－1—26－1。

2 電路優(yōu)化方案

在上述五線制電路結構中，啟動電路機內部分經過2組速動開關接點，表示電路機內部分經過4組速動開關接點，任意一個接點故障都會導致轉轍機無法轉換或失去位置表示。為降低單個接點故障影響，結合出廠時配12組速動開關預留2組的特點，利用現(xiàn)有速動開關組的空接點，對啟動電路和表示電路中的速動開關進行并聯(lián)優(yōu)化，如圖2所示，具體包括以下2個方面：①將啟動電路中的速動開關由雙斷串聯(lián)改為單斷并聯(lián)；②將表示電路中的速動開關由多斷串聯(lián)改為多斷并聯(lián)。此改造方案只需要增加短接片，操作簡單且風險低。配線方面僅需要利用短接片對相鄰的速動開關接點進行并聯(lián)短接。為方便改造配線，改造后表示電路由原來的4組速動開關接點串連改為3組雙并速動開關串連，電路仍保持為 “多斷點串連”性質。無論哪一組接點粘連均不會影響安全。

圖1 改造前速動開關電路

3 改造前后電路對比分析

改造前速動開關均采用單接點串聯(lián)結構，改造在原結構的基礎上實現(xiàn)接點并聯(lián)，提高了設備可用性，具體對比分析如下。

1．原單接點串聯(lián)電路。優(yōu)點：斷開電路防混線能力強。缺點：電路中速動開關接點串聯(lián)較多，產生斷線及接觸不良故障的風險高。

2．并聯(lián)改造電路。優(yōu)點：速動開關接點增加冗余，降低因單個速動開關故障引發(fā)的道岔無法轉換或失表故障；并聯(lián)起到分流作用，速動開關接點通過電流由2．1A降至1A，接點發(fā)黑、氧化等情況明顯改善，可延長速動開關組的更換周期，降低生產成本。缺點：理論上增加了接點熔斷粘連的可能性，防混線的能力下降，但根據設備維護經驗，接點在承受接近額定電流3A的情況下從未發(fā)生粘聯(lián)故障，且并聯(lián)改造后每一接點承受的電流僅為額定值的30%，所以接點粘連的可能性更低。

4 電路改造風險評估

針對電路改造后串聯(lián)接點減少的實際情況，存在的風險主要為接點粘連或給出錯誤表示。其中表示電路改造后電路仍保持 “多斷點串連”結構，即在表示電路并聯(lián)改造后任意一組接點粘連均不會影響正確的表示電路。而啟動電路改造后，接點由原來的串聯(lián)雙斷變?yōu)椴⒙?lián)單斷結構，改變較大，故以下只對啟動電路并聯(lián)改造部分進行風險分析，以正裝道岔為例。

4．1 41－42粘連風險分析

1．假設41－42發(fā)生粘連 （圖2圓圈標識處的接點），道岔定位轉反位時對啟動電路的影響分析。五線制轉轍機控制電路繼電器動作順序為：1DQJ↑→1DQJF↑→2DQJ轉極→電機三相電平衡→BHJ吸起使1DQJ自保。

道岔在定位轉反位的一瞬間 （即1DQJ和1DQJF吸起而2DQJ未轉極時）電機的A相和C相已得電，電機缺相啟動。2DQJ在0．1～0．3s時間內轉極，剛好將粘連的分支斷開，道岔正常動作并給出反位表示。

2．假設41－42發(fā)生粘連，道岔反位轉定位時對啟動電路的影響分析。當?shù)啦碛煞次晦D定位時（參見圖2，此時原斷開的速動開關接點已經接通，原接通接點已經斷開），轉轍機轉換到位時不能通過41－42實現(xiàn)機械切斷電源。此時由于三相不平衡，DBQ斷相保護器會自動切斷三相電源。道岔正常轉到位后有約1s時間缺相運行，然后正常給出道岔表示。

圖2 改造后速動開關電路

3．假設41－42發(fā)生粘連，對定位表示電路的影響分析。由于2DQJ繼電器在吸起位置 （參見圖2），41－42發(fā)生粘連并未影響到原來表示回路，即不影響定位表示。

4．假設41－42發(fā)生粘連，對反位表示電路的影響分析。圖2中 （此時原斷開的速動開關接點已經接通，原接通接點已經斷開），由于此時41－42已經是閉合位置，所以發(fā)生粘連不影響反位表示。同理，因定反位所用速動開關為對稱設置，若11－12發(fā)生粘連情況與41－42一樣，同樣不會影響定反位表示，只是從故障曲線發(fā)生位置上可以進行區(qū)分判斷。

4．2 43－44粘連風險分析

1．當定位43－44粘連時 （圖2方框標識處的接點），由于43－44將二極管短路，定位將失去表示。道岔轉換啟動時同樣也會出現(xiàn)上述在2DQJ轉極前的瞬間缺相運行。

2．當反位43－44粘連時，由于此時43－44本就機械閉合，所以粘連不影響反位表示，但在道岔轉換到位后會缺相運行。

同理，因定反位所用速動開關為對稱設置，接點13－14粘連與43－44情況一樣。只是發(fā)生故障的位置不同。

經過上述對不同接點發(fā)生粘連的分析得知：無論啟動電路中的哪一組接點發(fā)生粘連，都會出現(xiàn)電機瞬間的缺相運行，會直接影響電機的使用壽命。當粘連點發(fā)生 在 13－14或 43－44 接點時，則會導致定位或反位無表示，提醒維修人員及時處理故障。如果粘連點發(fā)生在41－42或11－12時，道岔瞬間缺相啟動不能及時發(fā)現(xiàn)，只能夠通過查看微機監(jiān)測道岔曲線分析。

4．3 室內外表示不一致風險分析

表示電路中的安全控制原則包括以下幾個方面：①獨立電源法，采用獨立的表示電源；②位置法，采用室內有表示繼電器，室外有二極管；③極性法，帶有極性要求的偏極繼電器。

表示繼電器是一個偏極繼電器，要使它吸起需有電壓極性要求，即線圈的1為正、4為負才能吸起。而供電極性由室外接在X2和X4或者X3和X5的二極管方向決定。如果要出現(xiàn)室內和室外表示不一致，即給出錯誤表示，必須在此電路中同時滿足以下2個條件：①二極管電路中出現(xiàn)2個交叉，即X2和X3交叉，X5和X4交叉；②二極管極性對調。

顯然，以上電路改造并沒有改變原電路的設計初衷，而且即便是單機錯表示，因現(xiàn)場采用雙機聯(lián)動設計，在表示電路方面由四副單機串聯(lián)組成，其中任意一組錯表示導致的最終結果都是整體無表示，即改造不會有導致錯表示的風險。

5 結論

目前該改造方案已經通過了廣州地鐵信號專業(yè)組的論證，同時在廣州地鐵6號線培訓基地和試車線完成了上線試驗，現(xiàn)場使用情況良好，目前在正線逐步推廣改造。結合上述分析與實踐情況，認為并聯(lián)改造有效解決了速動開關單接點性能不良引發(fā)的道岔故障，提高了設備冗余性和穩(wěn)定性，延長了速動開關組更換周期，有效降低了生產成本，且無任何安全風險，可廣泛應用于后續(xù)新線建設中。

［1］ 孫啟發(fā)．S700K道岔轉換與鎖閉設備原理及維護知識［M］．北京：中國鐵道出版社，2007．

［2］ 60kg／m鋼軌9號單開道岔轉換設備（S700K）安裝圖（圖號：06400－S－XH－13）》（北京全路通信信號研究設計院有限公司）

［3］ 孔青寧．S700K型電動轉轍機道岔控制電路故障分析［J］．價值工程，2012，31（35）：77－79．

［4］ 林瑜筠．鐵路信號基礎［M］．第2版．北京：中國鐵道出版社，2005．