天津轻轨信号系统进口熔断器国产化改造

刘道荣 王俊锋

天津轻轨信号系统进口熔断器国产化改造

刘道荣 王俊锋

摘 要：概述了天津轻轨信号系统进口熔断器的结构和功能;详细描述了通过低压断路器进行改造的过程;最后简要进行了经济效益分析，为城市轨道交通列车控制系统的国产化研究开拓了一个新领域。

关键词：熔断器;改造;低压断路器

天津轻轨西起天津火车站，东至经济技术开发区第七大街，全长52.252 km，设有19个车站，试车线、车辆段、停车场和控制中心各1个。天津轻轨采用美国USSI公司的基于FSK轨道电路的准移动闭塞ATC列车自动控制系统。该系统通过进口熔断器实现控制负载设备供电、过压过流保护并生成报警信息，进而实现了自诊断及自动报警的功能。15个设备集中站共有6种型号约1614个熔断器。经过大胆试验及测试，在试车线PSW、PL、PM和PV 4个机柜使用低压断路器替代进口熔断器，经过细致严格地测试和近2年的使用，不仅实现了原有断路保险系统的电路及安全功能，并且大大降低了维护成本。

1 结构及功能分析

经拆解及初步的测试，正常状态的进口熔断器，其外部由多层裹绕的特殊绝缘材料及上下部的碗状金属帽密闭组成。其内部有一个套在弹簧内并且底部与弹簧相连的顶针，顶针下方连接一根细熔丝，熔丝与下部的金属帽相连，弹簧的另一端顶于上部的金属帽，并填充有不可燃的白色粉末状绝缘物质。当发生异常或故障时，熔断器的顶针弹出，且内部的熔丝与其下部金属帽断开。

电路具体连接方式如图1。1号接线排为报警回路端，2号接线排为输入电源，标号7为负载设备引入点，标号“182 0.5A”为进口熔断器。当设备正常工作时，该电路中的2、3接点经由0.5A的熔断器连通，即电源屏通过熔断器与下端负载设备物理连通，而1、2接点断开，报警电路处于未连通状态。

图1 发生故障时，进口熔断器工作电路图

通过图1我们可以看出，当负载设备发生异常时，熔断器通过自身内部熔断切断负载输出，同时通过顶端弹出的顶针接通报警电路，进而实现了断路保护及告警功能。当设备发生异常状况时，熔断器通过内部切断2、3接点，即电源屏与负载设备被断开，而通过熔断器顶端弹出的顶针将1、2接点连通，即报警电路被连通，报警设备发出报警信息。

2 进口熔断器利弊分析

结合近9年维护经验，此类型熔断器的优点为：①插拔式安装，操作简便;②熔断器不区分交直流，通用性强。

使用中此种熔断器的弊端表现在：①进口产品，价格昂贵 (111～138元/个);②采购周期长;③熔断器顶针弹出后即失效、无法再次使用;④多次出现负载设备断电而熔断器顶针未弹起，造成无报警信息的情况，增大了故障处理的难度。

3 替代品及改造施工

低压断路器，又称空气开关，是电路中失压、欠压、过载和短路保护的电器设备。为满足正常状态下接通供电电路，出现过流或短路时断开电路且接通报警电路的要求，把低压断路器作为本项改造的首选产品。随后，查找并对比了市场上主流的断路器，发现输出端具备辅助触点的断路器，与断路器主电路分、合构成了机械上的触头联动，可用于断路器分、合状态的显示，并可接在断路器的控制电路中，通过断路器的分合对其相关电器实施控制或联锁，功能上完全可以满足本项改造的要求，于是确定查找输出端具备辅助触点的断路器。

为保证质量稳定、可靠，并最大限度地降低采购及后期维护成本，选择了HY-MAG公司生产的QA和QDC系列工业用低压断路器。经过反复的论证和试验，最终确定了QDC-A-2(5A、6A)断路器，QA-A-1(0.5A、1A、5A、10A)断路器，共计6种型号。

1．HY-MAG QA和QDC系列低压断路器的辅助触点，能够随断路器主电路的闭合或断开，自动接通辅助接点中的中接点和前接点、或中接点和后接点。根据这一特点，对原有接线方式及电路图进行了修改。图2是使用QA-A-1(0.5A)低压断路器发生故障时的电路图。

图2中，0.5A低压断路正常接通状态下，输入接点11和输出接点12闭合，电源被引入负载设备，同时其自身的辅助接点21和22断开，报警电路处于断开状态。当负载设备发生短路时，输入接点11和输出接点12断开，使得0.5A低压断路断开，负载设备的输入电源被切断，同时辅助接点21和22闭合，报警电路被接通。

图2 采用断路器替代后，发生故障时的电路图

2．施工过程中，最大限度地利用了原有的接线及端子。采用酚醛板作为电源及报警电路的接线排。所有的接线采用信号系统电源专用的7×0.52 mm2多股软铜线。根据断路器自身的结构特点，将断路器固定在滑道上，并采用板前接线的方式。在断路器辅助接点接线时，采用了专用的插接片。同时，为保证接线的牢固，在插接片的一端点焊并压接电源线，另一端插接于断路器辅助接点的插槽内。

为区分不同用途的断路器，对原熔断器的铭牌进行了旧物利用，裁剪合适后粘贴在断路器的前面板处，作为相应断路器的铭牌。改造完成后的外观效果见图3。

图3 改造后的外观

4 经济效益分析

根据近8年的维护经验，每年正常消耗的进口熔断器约30个。按2010年采购熔断器的价格126元/个计算，每年正常消耗的熔断器价值约3780元。而随着原材料价格的上涨以及设备整体运行稳定性的下降，进口熔断器的单价及年度消耗量已呈现明显上升的趋势，维护成本在不断增加。另一方面，本项改造完成后，在断路器正常工作的使用寿命内，断路器的维护基本不发生费用。

本项改造前后历时近2个月，共投入日班人员10名，主要利用白天的零散时间施工。改造中，消耗的物料及相关费用主要包括以下5项：

1.HY-MAG断路器，型号单价及数量见表1。

2.电线：津成牌7×0.52mm2多股软铜线，100m/盘，单价148元，消耗4盘。

3.条形酚醛板，宽20mm、厚8mm、2m/根，单价8.6元，消耗5根。

4.断路器滑道，挂钩型，宽 65 mm、长535 mm，单价4元，消耗12根。

5.螺栓、螺母及垫片，均利用了原安装装置的紧固件，费用可忽略。

综合以上5项主要物料，试车线改造的材料费总计约7621元。

表1 断路器单价及数量

5 结束语

天津轻轨投入运营已近9年，熔断器的消耗呈明显上升趋势。历时近2个月，完成了试车线PSW、PL、PM和PV 4个机柜58个进口熔断器的断路保险系统改造工作。经严格细致的试验及2年的实际使用，该项改造效果良好，在保证安全、稳定运行的同时，实现了低压断路器替代进口熔断器，降低了维护成本，为后续的深入改造，从设备选型、人员锻炼以及施工管控等方面奠定了坚实的基础，并为其他使用类似断路保险系统的信号系统国产化改造，提供了宝贵经验。

［1］吴汶麟．城市轨道交通信号与通信系统［M］．北京：中国铁道出版社，2000，8．

［2］USSI公司．ATC系统轨旁设计文档［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

刘道荣：天津轻轨维修部 工程师 300451 天津

王俊锋：中国铁道科学研究院通信信号研究所 助理研究员100081 北京

2013-04-03

(责任编辑：张 利)