蔣 濤

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一種新型組合式電動檢修柜

蔣 濤

（武漢地鐵集團有限公司，武漢 430070)

本文介紹了組合式電動檢修柜的組成和工作原理，記錄了帶載分閘試驗時的實驗波形，并介紹了組合式電動檢修柜相對于手動檢修柜的優(yōu)勢。

隔離開關(guān) 電動檢修柜 帶載分閘 波形

0 引言

目前，地鐵車輛段/停車場在對地鐵車輛進行檢修期間，主要采用手動檢修柜對地鐵車輛供電，手動檢修柜內(nèi)核心器件為兩工位或三工位手動隔離刀[1]，其主要問題點在于：1）列車內(nèi)負載未切除干凈，存在殘余電流情況下操作手動隔離刀，會產(chǎn)生進線極與接觸軌極拉弧現(xiàn)象，影響人身和設(shè)備安全；2）在車載主回路斷路器沒有斷開時且車載支撐電容放電未降到安全電壓下時，造成車載電容反送電的情況，此時接觸軌極與接地極也會產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，影響實際運營[2]，同樣影響人身和設(shè)備安全。基于上述問題，在確保功能最優(yōu)化的前提下，我們提出采用組合式電動檢修柜替代原手動檢修柜的方案。

1 概述

手動檢修柜主要用于地鐵列車的檢修停送電，具有將接觸軌與主回路隔離的功能和將接觸軌進行接地的功能。具有接地功能的手動檢修柜柜內(nèi)設(shè)有一臺手動單刀雙擲隔離開關(guān)，隔離開關(guān)進線端接電源進線，兩出線端中一端接接觸軌，另一端接走行軌。單刀雙擲隔離開關(guān)為雙工位，正常運行時接觸軌與電源接通，檢修時隔離開關(guān)斷開后將接觸軌與走行軌相接, 主回路如下圖所示[3]。

圖1普通手動檢修柜主回路

2 組合式電動檢修柜組成和工作原理

電動檢修柜采用組合開關(guān)形式，包括接觸器、應(yīng)急手操接口、接地排、受流排、觀察窗等。其基本組成見圖2。組合開關(guān)采用直流接觸器并聯(lián)隔離開關(guān)的方案，分合閘時先利用接觸器切除殘余負荷電流，再使隔離開關(guān)動作，形成明顯的隔離斷口。一方面通過帶接地隔離的明顯可視斷口對進線1500 V正極、接觸軌極和接地極三極的隔離；同時通過機構(gòu)時序控制將負荷向直流接觸器轉(zhuǎn)移，保證直流接觸器分斷車輛取流負荷，另一方面通過增加弧觸頭和車載電容殘壓檢測等手段來消除車載電容反送電影響[4]。其工作原理如圖。

分閘過程：K1從A運動到B位置-J分斷- K1從B運動到C位置接地。合閘過程：K1離地從C運動到B位置-J合閘- K1從B運動到A位置。組合式電動檢修柜經(jīng)過現(xiàn)場試驗，具備一定帶負荷分斷的能力，其隔離開關(guān)的動作過程解析如圖3。11500 V電源位到接地位動作過程如圖所示。

接地位到+1500 V電源位動作過程：即為上述動作的反向過程。

3 組合式電動檢修柜在地鐵檢修中應(yīng)用

3.1 組合式電動檢修柜應(yīng)用系統(tǒng)圖

目前本組合式電動檢修柜已在武漢地鐵21號線車輛段進行現(xiàn)場運行,位于車輛段運用庫內(nèi)，其分合閘可采用電動操作，也可手動操作，根據(jù)運用車庫內(nèi)車輛檢修需求，操作隔離開關(guān)實現(xiàn)停送電，其系統(tǒng)圖如圖所示。

3.2組合式電動檢修柜現(xiàn)場實驗

現(xiàn)場運行實驗由地鐵建設(shè)總部、運營機電部和武漢712研究所共同組織，712所實驗人員在值班人員監(jiān)護下負責(zé)負荷開關(guān)柜的具體操作，712所和地鐵運營人員負責(zé)記錄試驗數(shù)據(jù)，進行如下試運行測試項目。電動檢修柜主回路供電原理如圖所示，圖中A點為工作位，B點為隔離位，C點為放電位，D點為接地位。

電動檢修柜面板一鍵操作，隔離刀從A點（工作位）等電位過渡到B點（隔離位）時旁路接觸器J切斷+1500 VDC，啟動三軌與走行軌之間的殘壓監(jiān)測，若殘壓大于300 V則隔離刀暫停在B位(隔離位)，等待車內(nèi)支撐電容放電至300 V后再重啟動隔離刀進行接地（若車內(nèi)有負載消耗電容能量或者存在高壓輸入失電檢測斷短接接觸器等，則殘壓會快速下降至300 V以下）。在接地過程中隔離刀與滾輪C（放電位）預(yù)先接觸，放電電阻快速泄放電容殘余的300 V能量，最終安全接地，不損傷供電設(shè)備，不損傷車輛元件。

電動檢修柜柜內(nèi)放電電阻R1為5 Ω/300 W，其過載能力為15倍過載6 s。按300 V電壓運動至放電位計算，接通電流最大值為60 A，遠遠低于車內(nèi)主電路各器件的額定工作電流，而不會損壞車內(nèi)器件。

電動檢修柜隔離刀從放電位C點運動到接地位D點的時間為250 ms,按全車支撐電容為28 mF計算，外部放電時間常數(shù)為140 ms，則隔離刀運動到D點時殘壓約為50 V，殘余能量僅為35 J，不會損壞受流器熔斷器及接地排。

圖6 電動檢修柜系統(tǒng)原理圖

3.2.1電動檢修柜向接觸軌送電（+1500 VDC）

完成ZP12手動配電柜、變電所饋線柜送電后，操作電動檢修柜合閘，通電電動檢修柜向接觸軌送電，經(jīng)驗電送電正常，電動檢修柜狀態(tài)正常。

3.2.2電客車輔助變流器處于帶載狀態(tài)，牽引方向手柄處于零位（牽引變流器支撐電容處于隔離狀態(tài)），操作電動檢修柜分閘

電客車啟動輔助變流器，開啟全車照明、空調(diào)，待運行穩(wěn)定后，直流進線側(cè)電壓與電流為DC1562V/60A，操作電動檢修柜分閘，接觸軌與走行軌間電壓波形見圖7。

試驗過程中可看出接觸器J分斷時有藍色弧光，隔離刀在隔離位（B位）有短暫停頓，輔變支撐電容被車內(nèi)負載快速消耗，當(dāng)電壓低于300V時，隔離刀動作至接地位，整個過程歷時1.149 s。

3.2.3電客車輔助變流器處于帶載狀態(tài)，牽引方向手柄處于前進位（牽引變流器支撐電容處于充電狀態(tài)），操作電動檢修柜分閘

電客車啟動輔助變流器，開啟全車照明、空調(diào)，牽引車輛后退5米，再前進5米停車，牽引方向手柄處于前進位，不回零位，直流進線側(cè)電壓與電流為DC1562 V/60 A，操作電動檢修柜分閘，隔離刀動作情況見附件視頻2，接觸軌與走行軌間電壓波形見圖8。

圖8輔變帶載（60A）分斷+主變支撐電容反送試驗，接觸軌與走行軌間電壓波形

接觸器J分斷后，電動檢修柜檢測到殘壓大于300 V，隔離刀暫停運動；電壓波形第一個下降沿為進行電源斷開后，輔變負載迅速消化車內(nèi)支撐電容能量（放電332.7 ms），當(dāng)電壓低于950 V時車輛檢測到高壓側(cè)失電,車內(nèi)短接接觸器或高速斷路器分斷，將支撐電容與接觸軌隔離；第二個下降沿為接觸軌無源后電壓迅速衰減，在電壓低于311.6 V后隔離刀繼續(xù)向下動作，先通過滾輪泄放回路殘壓直至無載接地，整個過程歷時1.611 s。

3.2.4電客車動車、驗車

電動檢修柜重新向三軌送電，牽引電客車后退5米，再前進5米，檢測車內(nèi)設(shè)備均正常，正常收車。

3.2.5變電所斷電，檢查電動檢修柜

斷變電所饋線柜后，對電動檢修柜內(nèi)開關(guān)狀態(tài)進行檢查，見圖10、圖11。

3.2.6對比

現(xiàn)場試驗效果達到預(yù)期，在實際工況下，電動檢修柜可實現(xiàn)帶載分閘功能，同時有效防止車內(nèi)電容反送電，解決了供電設(shè)備和車輛元件的損傷問題，與手動檢修柜性能對比見表1。

4 結(jié)論

本組合電動檢修柜開關(guān)在實現(xiàn)性能指標(biāo)的前提下，具有明顯的可視斷口；在誤操作情況下，保證有效分斷車輛取流，消除車載電容反送電的影響；將手動檢修柜向電動檢修柜的升級可極大的增加了設(shè)備使用的安全性。

[1] 蔡彬，陳德桂. 軌道交通的直流供電系統(tǒng)[J].電工技術(shù)雜志，2001,(2):57-61.

[2] 鄭瞳熾. 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社,2004.

[3] 張冠生. 電器理論基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社,1989.

[4] 錢杞，張培銘. 低壓直流斷路器的限流技術(shù)[J].電氣開關(guān)，2000, (1)：14-17.

A New Type of Combined Electric Maintenance Cabinet

Jiang Tao

（Wuhan Metro Group Co.,Ltd ,Wuhan 430070, China;)

TM641

A

1003-4862（2018）05-0008-04

2017-12-15

蔣濤(1984-)，男，碩士。研究方向：電氣設(shè)備。