靜調電源柜與列車電氣聯鎖安全保護回路技術改造

摘 要：對靜調電源柜與列車電氣聯鎖安全保護回路設計缺陷，使一次強電回流流入二次控制單元引起拉弧，造成直流開關瞬時過流保護動作故障進行分析。闡述了電氣聯鎖保護回路原理，指出了設計安全隱患，結合現場設備實際情況，提出了技術改造措施，進一步確保了靜調柜正常穩定運行，為列車檢修作業提供可靠的電源保障，保證列車檢修人員及設備安全。

關鍵詞：靜調電源柜；電氣連鎖；保護回路；列車檢修

引言

地鐵停車場DC 1500V靜調電源柜，主要用于提供列車檢修供電電源以滿足檢修需要。若靜調電源柜出現故障，將會對列車檢修作業產生影響，極有可能造成在檢修列車設備故障，甚至會威脅檢修人員生命安全。

為確保檢修人員與設備安全，在靜調電源柜與列車二次控制回路之間設計有電氣連鎖回路，起安全保護作用，該電氣保護回路是通過靜調柜柜內電源模塊輸出的DC110V電路和列車上的一個繼電器互鎖來實現的。

2014年發生了一起由于DC1500V靜調電源柜與列車電氣聯鎖安全保護回路設計缺陷引起直流開關瞬時過流保護動作事件，造成列車檢修區瞬時失電，影響列車正常檢修維護。因此，對靜調電源柜與列車電氣聯鎖安全保護回路設計缺陷進行分析研究顯得十分必要。

1 故障案例分析

2014年8月27日，某地鐵停車場211開關瞬時過流保護動作，5s后重合閘成功，XFGD1區瞬時失電。查看211開關故障信息及故障錄波情況，其故障電流最大值達到15250A，超過瞬時過電流保護定值6000A，因此可以判斷為開關保護正確動作。隨后對由停車場211開關供電的XFGD1區進行排查，發現區內19B-2號靜調電源柜內有大量放電、燒傷痕跡。

經過研究分析，認為引起本次設備故障的原因為：為保護人員及設備安全在靜調電源柜與列車二次控制回路之間設有的電氣連鎖回路存在設計缺陷，在靜調柜插頭與列車做好連接進行正常使用的過程中，會導致鋼軌（DC1500V負極回流通道）與柜內電源模塊負極短接，若同一供電區存在列車取流，鋼軌作為DC1500V負極回流通道，必有大電流流過，靜調柜與列車插接的銅導線電阻遠小于鋼軌電阻，大電流選擇從小電阻通道由一次強電回路流入二次弱電控制回路，造成電源模塊絕緣擊穿放電拉弧，拉弧時柜內空氣絕緣被電離，柜內空氣絕緣瞬間下降，引起柜內DC1500V裸露母線對電源模塊及柜體產生放電，拉弧，導致停車場211開關瞬時過流保護動作。

2 技術分析

2.1 電氣聯鎖保護回路原理

靜調電源柜的作用是給檢修列車提供DC1500V電源，靜調柜的插頭上有兩路電源，DC1500V主回路電源和DC110V輔助回路電源，在使用過程中，需要人工將靜調柜的插頭與列車上的插座進行連接。為了保護檢修人員及設備安全，在靜調柜與列車之間設計有電氣聯鎖安全保護回路，在靜調柜插頭沒有連接到列車插座上時，靜調電源柜無法合閘，防止在插頭沒有連接時送電造成檢修人員人身傷害。在靜調柜插頭與列車插座連接牢固可靠時，電氣聯鎖回路繼電器K6得電，繼電器觸點正常閉合，靜調柜才能控制合閘給列車進行供電（圖1）。

在插頭與列車插座連接牢固的情況下，K6繼電器得電動作的條件是列車繼電器KASPS得電，其輔助觸點閉合。而KASPS觸點閉合條件是列車KASPS繼電器線圈得電，此時開關電源P2經過SPS BOX輸出DC110+至列車KASPS線圈A端，但KASPS繼電器線圈的B端連接在了一次回路回流鋼軌，導致K6中間繼電器線圈回路存在斷點，觸點不能動作閉合。

在新線調試期間，因需要緊急送電供列車調試使用，靜調電源柜廠家技術人員擅自決定將X1：13與回流軌短接，接通KASPS繼電器線圈所在的DC110V回路，使其輔助觸點動作閉合，從而接通K6繼電器線圈回路，完成靜調電源柜合閘功能。同時，也為后來靜調電源柜內電源模塊的燒損提供了可能。

2.2 存在的隱患分析

從電氣聯鎖保護回路原理可以看出，最大的隱患點出現在廠家技術人員擅自將X1：13與回流軌短接，為一次強電回流流入二次控制單元提供了通道。二次控制單元元器件、線纜的絕緣強度，載流能力，容量遠小于一次回路，也就是說，只要出現大電流流入的情況，就會出現二次元件或電纜的燒損、放電，并極有可能造成絕緣擊穿，導致靜調柜柜內一次回路對二次元件或柜體放電，造成設備元器件燒毀。

3 技術改造方案

經分析研究得出有以下幾種解決方案：（1）將靜調柜電源模塊至插頭的DC110V輔助回路去掉，直接短接X1：13和X1：14兩點，可讓靜調電源柜正常合閘送電。該方案相當于取消了電氣聯鎖安全保護回路，在插頭沒有插入列車或未與列車可靠連接的情況下，靜調電源柜均能正常合閘，使得插頭帶電，有可能危及現場檢修人員人身與設備安全，故不采納。（2）更改列車內部接線，使得KASPS線圈A端從靜調電源柜的電源模塊取DC110V+，且B端不和回流軌連接，而是通過導線連接至電源模塊回流。（3）更改列車內部接線，使得KASPS線圈的DC110V+不從靜調電源柜電源模塊上取電，而是接入列車本身提供的DC110V電源回路。方案（2）、（3）涉及到列車內部接線改造問題，供電技術人員將相關情況向列車負責人員進行了說明溝通，考慮到現場存在的較大設備隱患，在列車內部接線暫時無法改造的前提下，供電技術人員研究討論形成了第四種解決方案：

對靜調電源柜P2開關電源負極至與列車連接端子X1：12之間的接線進行技術改造，將原有線徑2.5mm2普通導線更換為線徑為16mm2高絕緣強度的一次線纜，并在該段線纜靠近電源模塊負極側加裝空氣開關，靠近饋出線端子側加裝熔斷器，如圖2。

在列車檢修人員不使用靜調電源柜時將加裝的空氣斷路器打下，斷開靜調柜電源模塊負極與鋼軌之間的連接，加裝的熔斷器也可保證在有大電流流入靜調電源柜電源模塊時快速熔斷，起到保護靜調電源柜的作用。這種技術方案的意義在于列車內部接線無法改變的前提下，能夠保證列車檢修人員及設備安全，能夠保證正常列車檢修及功能調試，能夠確保靜調電源柜的正常運行。

4 結束語

對靜調電源柜電氣聯鎖安全保護回路進行技術改造后，測試各項功能正常，經長期在線運行監測，確定該技術改造方法有效可行，改造完成后至今未發生過故障。

參考文獻

[1]梁旭，張玉尊，張玉琢.地鐵列車靜調電源柜及其應用[J].現代城市軌道交通，2013，2.