S700K轉轍機五線制電路改進方案探討

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，主要表現為開關接點氧化、發黑，導通電阻異常增大或接觸不良等現象，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改造，以提高設備的穩定性。

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實現電機正轉和反轉，定位轉反位經過的速動開關節點依次為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點依次為23－1—24－1、23－2—24－2、45－1—46－1、25－1—26－1。

2 電路優化方案

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優化，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改為單斷并聯；②將表示電路中的速動開關由多斷串聯改為多斷并聯。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結構，改造在原結構的基礎上實現接點并聯，提高了設備可用性，具體對比分析如下。

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

2．并聯改造電路。優點：速動開關接點增加冗余，降低因單個速動開關故障引發的道岔無法轉換或失表故障；并聯起到分流作用，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的情況下從未發生粘聯故障，且并聯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，接點由原來的串聯雙斷變為并聯單斷結構，改變較大，故以下只對啟動電路并聯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發生粘連，道岔反位轉定位時對啟動電路的影響分析。當道岔由反位轉定位時（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，只是從故障曲線發生位置上可以進行區分判斷。

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。只是發生故障的位置不同。

經過上述對不同接點發生粘連的分析得知：無論啟動電路中的哪一組接點發生粘連，都會出現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。如果粘連點發生在41－42或11－12時，道岔瞬間缺相啟動不能及時發現，只能夠通過查看微機監測道岔曲線分析。

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，因現場采用雙機聯動設計，在表示電路方面由四副單機串聯組成，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，認為并聯改造有效解決了速動開關單接點性能不良引發的道岔故障，提高了設備冗余性和穩定性，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，可廣泛應用于后續新線建設中。

［1］ 孫啟發．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．