一種新型組合式電動(dòng)檢修柜

蔣 濤

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一種新型組合式電動(dòng)檢修柜

蔣 濤

（武漢地鐵集團(tuán)有限公司，武漢 430070)

本文介紹了組合式電動(dòng)檢修柜的組成和工作原理，記錄了帶載分閘試驗(yàn)時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形，并介紹了組合式電動(dòng)檢修柜相對(duì)于手動(dòng)檢修柜的優(yōu)勢(shì)。

隔離開(kāi)關(guān) 電動(dòng)檢修柜 帶載分閘 波形

0 引言

目前，地鐵車輛段/停車場(chǎng)在對(duì)地鐵車輛進(jìn)行檢修期間，主要采用手動(dòng)檢修柜對(duì)地鐵車輛供電，手動(dòng)檢修柜內(nèi)核心器件為兩工位或三工位手動(dòng)隔離刀[1]，其主要問(wèn)題點(diǎn)在于：1）列車內(nèi)負(fù)載未切除干凈，存在殘余電流情況下操作手動(dòng)隔離刀，會(huì)產(chǎn)生進(jìn)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(méi)有斷開(kāi)時(shí)且車載支撐電容放電未降到安全電壓下時(shí)，造成車載電容反送電的情況，此時(shí)接觸軌極與接地極也會(huì)產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，影響實(shí)際運(yùn)營(yíng)[2]，同樣影響人身和設(shè)備安全?；谏鲜鰡?wèn)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(dòng)檢修柜替代原手動(dòng)檢修柜的方案。

1 概述

手動(dòng)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(jìn)行接地的功能。具有接地功能的手動(dòng)檢修柜柜內(nèi)設(shè)有一臺(tái)手動(dòng)單刀雙擲隔離開(kāi)關(guān)，隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)線端接電源進(jìn)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(kāi)關(guān)為雙工位，正常運(yùn)行時(shí)接觸軌與電源接通，檢修時(shí)隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(dòng)檢修柜主回路

2 組合式電動(dòng)檢修柜組成和工作原理

電動(dòng)檢修柜采用組合開(kāi)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(jiàn)圖2。組合開(kāi)關(guān)采用直流接觸器并聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)的方案，分合閘時(shí)先利用接觸器切除殘余負(fù)荷電流，再使隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作，形成明顯的隔離斷口。一方面通過(guò)帶接地隔離的明顯可視斷口對(duì)進(jìn)線1500 V正極、接觸軌極和接地極三極的隔離；同時(shí)通過(guò)機(jī)構(gòu)時(shí)序控制將負(fù)荷向直流接觸器轉(zhuǎn)移，保證直流接觸器分?jǐn)嘬囕v取流負(fù)荷，另一方面通過(guò)增加弧觸頭和車載電容殘壓檢測(cè)等手段來(lái)消除車載電容反送電影響[4]。其工作原理如圖。

分閘過(guò)程：K1從A運(yùn)動(dòng)到B位置-J分?jǐn)? K1從B運(yùn)動(dòng)到C位置接地。合閘過(guò)程：K1離地從C運(yùn)動(dòng)到B位置-J合閘- K1從B運(yùn)動(dòng)到A位置。組合式電動(dòng)檢修柜經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，具備一定帶負(fù)荷分?jǐn)嗟哪芰?，其隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)作過(guò)程解析如圖3。11500 V電源位到接地位動(dòng)作過(guò)程如圖所示。

接地位到+1500 V電源位動(dòng)作過(guò)程：即為上述動(dòng)作的反向過(guò)程。

3 組合式電動(dòng)檢修柜在地鐵檢修中應(yīng)用

3.1 組合式電動(dòng)檢修柜應(yīng)用系統(tǒng)圖

目前本組合式電動(dòng)檢修柜已在武漢地鐵21號(hào)線車輛段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行,位于車輛段運(yùn)用庫(kù)內(nèi)，其分合閘可采用電動(dòng)操作，也可手動(dòng)操作，根據(jù)運(yùn)用車庫(kù)內(nèi)車輛檢修需求，操作隔離開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)停送電，其系統(tǒng)圖如圖所示。

3.2組合式電動(dòng)檢修柜現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)由地鐵建設(shè)總部、運(yùn)營(yíng)機(jī)電部和武漢712研究所共同組織，712所實(shí)驗(yàn)人員在值班人員監(jiān)護(hù)下負(fù)責(zé)負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜的具體操作，712所和地鐵運(yùn)營(yíng)人員負(fù)責(zé)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下試運(yùn)行測(cè)試項(xiàng)目。電動(dòng)檢修柜主回路供電原理如圖所示，圖中A點(diǎn)為工作位，B點(diǎn)為隔離位，C點(diǎn)為放電位，D點(diǎn)為接地位。

電動(dòng)檢修柜面板一鍵操作，隔離刀從A點(diǎn)（工作位）等電位過(guò)渡到B點(diǎn)（隔離位）時(shí)旁路接觸器J切斷+1500 VDC，啟動(dòng)三軌與走行軌之間的殘壓監(jiān)測(cè)，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(dòng)隔離刀進(jìn)行接地（若車內(nèi)有負(fù)載消耗電容能量或者存在高壓輸入失電檢測(cè)斷短接接觸器等，則殘壓會(huì)快速下降至300 V以下）。在接地過(guò)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(dòng)檢修柜柜內(nèi)放電電阻R1為5 Ω/300 W，其過(guò)載能力為15倍過(guò)載6 s。按300 V電壓運(yùn)動(dòng)至放電位計(jì)算，接通電流最大值為60 A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于車內(nèi)主電路各器件的額定工作電流，而不會(huì)損壞車內(nèi)器件。

電動(dòng)檢修柜隔離刀從放電位C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到接地位D點(diǎn)的時(shí)間為250 ms,按全車支撐電容為28 mF計(jì)算，外部放電時(shí)間常數(shù)為140 ms，則隔離刀運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)時(shí)殘壓約為50 V，殘余能量?jī)H為35 J，不會(huì)損壞受流器熔斷器及接地排。

圖6 電動(dòng)檢修柜系統(tǒng)原理圖

3.2.1電動(dòng)檢修柜向接觸軌送電（+1500 VDC）

完成ZP12手動(dòng)配電柜、變電所饋線柜送電后，操作電動(dòng)檢修柜合閘，通電電動(dòng)檢修柜向接觸軌送電，經(jīng)驗(yàn)電送電正常，電動(dòng)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(dòng)檢修柜分閘

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

試驗(yàn)過(guò)程中可看出接觸器J分?jǐn)鄷r(shí)有藍(lán)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(fù)載快速消耗，當(dāng)電壓低于300V時(shí)，隔離刀動(dòng)作至接地位，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)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(jìn)位（牽引變流器支撐電容處于充電狀態(tài)），操作電動(dòng)檢修柜分閘

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

圖8輔變帶載（60A）分?jǐn)?主變支撐電容反送試驗(yàn)，接觸軌與走行軌間電壓波形

接觸器J分?jǐn)嗪?，電?dòng)檢修柜檢測(cè)到殘壓大于300 V，隔離刀暫停運(yùn)動(dòng)；電壓波形第一個(gè)下降沿為進(jìn)行電源斷開(kāi)后，輔變負(fù)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(shí)車輛檢測(cè)到高壓側(cè)失電,車內(nèi)短接接觸器或高速斷路器分?jǐn)啵瑢⒅坞娙菖c接觸軌隔離；第二個(gè)下降沿為接觸軌無(wú)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(dòng)作，先通過(guò)滾輪泄放回路殘壓直至無(wú)載接地，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)1.611 s。

3.2.4電客車動(dòng)車、驗(yàn)車

電動(dòng)檢修柜重新向三軌送電，牽引電客車后退5米，再前進(jìn)5米，檢測(cè)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(dòng)檢修柜

斷變電所饋線柜后，對(duì)電動(dòng)檢修柜內(nèi)開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行檢查，見(jiàn)圖10、圖11。

3.2.6對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果達(dá)到預(yù)期，在實(shí)際工況下，電動(dòng)檢修柜可實(shí)現(xiàn)帶載分閘功能，同時(shí)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(wèn)題，與手動(dòng)檢修柜性能對(duì)比見(jiàn)表1。

4 結(jié)論

本組合電動(dòng)檢修柜開(kāi)關(guān)在實(shí)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?jǐn)嘬囕v取流，消除車載電容反送電的影響；將手動(dòng)檢修柜向電動(dòng)檢修柜的升級(jí)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(guó)鐵道出版社,2004.

[3] 張冠生. 電器理論基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)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(kāi)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。