天津輕軌信號系統進口熔斷器國產化改造

劉道榮 王俊鋒

天津輕軌信號系統進口熔斷器國產化改造

劉道榮 王俊鋒

摘 要：概述了天津輕軌信號系統進口熔斷器的結構和功能;詳細描述了通過低壓斷路器進行改造的過程;最后簡要進行了經濟效益分析，為城市軌道交通列車控制系統的國產化研究開拓了一個新領域。

關鍵詞：熔斷器;改造;低壓斷路器

天津輕軌西起天津火車站，東至經濟技術開發區第七大街，全長52.252 km，設有19個車站，試車線、車輛段、停車場和控制中心各1個。天津輕軌采用美國USSI公司的基于FSK軌道電路的準移動閉塞ATC列車自動控制系統。該系統通過進口熔斷器實現控制負載設備供電、過壓過流保護并生成報警信息，進而實現了自診斷及自動報警的功能。15個設備集中站共有6種型號約1614個熔斷器。經過大膽試驗及測試，在試車線PSW、PL、PM和PV 4個機柜使用低壓斷路器替代進口熔斷器，經過細致嚴格地測試和近2年的使用，不僅實現了原有斷路保險系統的電路及安全功能，并且大大降低了維護成本。

1 結構及功能分析

經拆解及初步的測試，正常狀態的進口熔斷器，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。其內部有一個套在彈簧內并且底部與彈簧相連的頂針，頂針下方連接一根細熔絲，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。當發生異常或故障時，熔斷器的頂針彈出，且內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號接線排為報警回路端，2號接線排為輸入電源，標號7為負載設備引入點，標號“182 0.5A”為進口熔斷器。當設備正常工作時，該電路中的2、3接點經由0.5A的熔斷器連通，即電源屏通過熔斷器與下端負載設備物理連通，而1、2接點斷開，報警電路處于未連通狀態。

圖1 發生故障時，進口熔斷器工作電路圖

通過圖1我們可以看出，當負載設備發生異常時，熔斷器通過自身內部熔斷切斷負載輸出，同時通過頂端彈出的頂針接通報警電路，進而實現了斷路保護及告警功能。當設備發生異常狀況時，熔斷器通過內部切斷2、3接點，即電源屏與負載設備被斷開，而通過熔斷器頂端彈出的頂針將1、2接點連通，即報警電路被連通，報警設備發出報警信息。

2 進口熔斷器利弊分析

結合近9年維護經驗，此類型熔斷器的優點為：①插拔式安裝，操作簡便;②熔斷器不區分交直流，通用性強。

使用中此種熔斷器的弊端表現在：①進口產品，價格昂貴 (111～138元/個);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多次出現負載設備斷電而熔斷器頂針未彈起，造成無報警信息的情況，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，是電路中失壓、欠壓、過載和短路保護的電器設備。為滿足正常狀態下接通供電電路，出現過流或短路時斷開電路且接通報警電路的要求，把低壓斷路器作為本項改造的首選產品。隨后，查找并對比了市場上主流的斷路器，發現輸出端具備輔助觸點的斷路器，與斷路器主電路分、合構成了機械上的觸頭聯動，可用于斷路器分、合狀態的顯示，并可接在斷路器的控制電路中，通過斷路器的分合對其相關電器實施控制或聯鎖，功能上完全可以滿足本項改造的要求，于是確定查找輸出端具備輔助觸點的斷路器。

為保證質量穩定、可靠，并最大限度地降低采購及后期維護成本，選擇了HY-MAG公司生產的QA和QDC系列工業用低壓斷路器。經過反復的論證和試驗，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6種型號。

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

圖2中，0.5A低壓斷路正常接通狀態下，輸入接點11和輸出接點12閉合，電源被引入負載設備，同時其自身的輔助接點21和22斷開，報警電路處于斷開狀態。當負載設備發生短路時，輸入接點11和輸出接點12斷開，使得0.5A低壓斷路斷開，負載設備的輸入電源被切斷，同時輔助接點21和22閉合，報警電路被接通。

圖2 采用斷路器替代后，發生故障時的電路圖

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警電路的接線排。所有的接線采用信號系統電源專用的7×0.52 mm2多股軟銅線。根據斷路器自身的結構特點，將斷路器固定在滑道上，并采用板前接線的方式。在斷路器輔助接點接線時，采用了專用的插接片。同時，為保證接線的牢固，在插接片的一端點焊并壓接電源線，另一端插接于斷路器輔助接點的插槽內。

為區分不同用途的斷路器，對原熔斷器的銘牌進行了舊物利用，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 經濟效益分析

根據近8年的維護經驗，每年正常消耗的進口熔斷器約30個。按2010年采購熔斷器的價格126元/個計算，每年正常消耗的熔斷器價值約3780元。而隨著原材料價格的上漲以及設備整體運行穩定性的下降，進口熔斷器的單價及年度消耗量已呈現明顯上升的趨勢，維護成本在不斷增加。另一方面，本項改造完成后，在斷路器正常工作的使用壽命內，斷路器的維護基本不發生費用。

本項改造前后歷時近2個月，共投入日班人員10名，主要利用白天的零散時間施工。改造中，消耗的物料及相關費用主要包括以下5項：

1.HY-MAG斷路器，型號單價及數量見表1。

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

3.條形酚醛板，寬20mm、厚8mm、2m/根，單價8.6元，消耗5根。

4.斷路器滑道，掛鉤型，寬 65 mm、長535 mm，單價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，費用可忽略。

綜合以上5項主要物料，試車線改造的材料費總計約7621元。

表1 斷路器單價及數量

5 結束語

天津輕軌投入運營已近9年，熔斷器的消耗呈明顯上升趨勢。歷時近2個月，完成了試車線PSW、PL、PM和PV 4個機柜58個進口熔斷器的斷路保險系統改造工作。經嚴格細致的試驗及2年的實際使用，該項改造效果良好，在保證安全、穩定運行的同時，實現了低壓斷路器替代進口熔斷器，降低了維護成本，為后續的深入改造，從設備選型、人員鍛煉以及施工管控等方面奠定了堅實的基礎，并為其他使用類似斷路保險系統的信號系統國產化改造，提供了寶貴經驗。

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

［2］USSI公司．ATC系統軌旁設計文檔［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：中國鐵道科學研究院通信信號研究所 助理研究員100081 北京

2013-04-03

(責任編輯：張 利)