广州地铁四号线隔离开关操作机构负载能力研究

任振强

摘 要：隔离开关操作机构过载往往由于隔离开关本体和操作机构电气、机械性能下降而导致，一旦过流保护动作，开关将失去电动操作功能，不利于快速响应故障及恢复设备供电。以广州地铁四号线目前上线使用的电动隔离开关操作机构为例，针对其因电动操作机构过载导致MCB过流保护动作的问题做了详细的介绍。并对隔离开关永磁电机负载电流特性关系进行了初步分析，提出了对电机负载电流监测的基本原理，并寻求在设备日常检修过程中发现及处理该问题的方法。

关键词：广州地铁四号线 隔离开关 过流保护

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）02（a）-0028-02

1 广州地铁四号线隔离开关概况

广州地铁四号线是国内首条采用1500V钢铝复合接触轨供电方式的地铁线路，正线设15座牵引变电所，共90台电动隔离开关。作为供电运行的重要设备，四号线隔离开关自2005年开通运营至今，虽然总体运行情况良好，未出现过严重的影响行车的重大故障，但由于隔离开关本体动作不畅及操作机构电气故障等原因，曾出现隔离开关操作机构MCB因过载而导致保护动作的问题。

2 隔离开关操作机构过载现象及危害

电动隔离开关操作机构内设置有主回路MCB，正常情况下，MCB作为操作机构的供电电源，处于闭合状态，若操作机构长期处于过载状态，将会加速电气和机械零件的老化速度，引起隔离开关刀闸动作出现卡滞或操作机构内出现电气故障等，严重情况下将引起MCB过流保护动作，导致隔离开关操作机构整体失电，无法进行远程控制或当地电动倒闸，只能待抢险人员进行人工手摇操作，不利于快速响应故障及恢复设备供电。

3 隔离开关操作机构过载原因分析

隔离开关操作机构当接收到远程/当地的分合闸信号后，通过二次回路驱动永磁电机带动传动杆和隔离开关刀闸，实现机械分合闸。无论是操作机构的二次回路故障或隔离开关本体动作不畅，若超过永磁电机的额定载荷，均会导致直流电机出现过载从而引起MCB保护动作。表1列举了四号线曾出现过的MCB过流保护动作的情况，它们都发生在隧道内区间。对比地面段區间安装在室内的隔离开关操作机构，隧道内的长期受隧道震动、潮湿、粉尘等环境因素的影响，是其引起操作机构过载的主要原因。

4 操作机构负载电流特性分析

四号线目前在线使用的隔离开关涉及的厂家众多，各类型隔离开关使用的MCB型号也不尽相同，本文以成都通力集团有限公司的DC110V隔离开关为例，通过加装负载电流采样回路对隔离开关动作的过程进行测试记录。

4.1 试验原理

隔离开关操作机构内部硬件逻辑通过驱动永磁电机实现刀闸动作，直流开关动作的过程可直接体现为直流永磁电机电流的暂态过程，通过在永磁电机串联一个采样电阻，记录并采集隔离开关动作时的该电阻的电压波形，即可取得电机的负载电流特性曲线。试验原理图如图1所示。为获得可变的载荷，本文通过调节永磁电机刹车模块调节螺栓的外露深度来改变负载转矩，并记录永磁电机在电气故障的情况下的负载电流特性，如图2所示。

4.2 试验结果分析

永磁电机的最大的负载电流出现在隔离开关开始动作的瞬间，即电机的启动电流，这是因为当电机启动瞬间，转子处于静止状态，转速，反电动势，启动电流，由于电机转子线圈电阻极小，故启动电流较大。通过调节永磁电机的刹车模块螺栓改变负载转矩，得出负载电流特性数据如表2、图3所示。

根据表2和图3，当永磁电机刹车调节螺栓外露深度越大时，刹车模块作用在转子上的负载转矩越高，电机的瞬间启动电流及稳态电流越大，且启动电流约为稳态电流的5～8倍，同时，由于分闸过程需额外克服刀闸动静触头之间的接触阻力，使得分闸时的启动电流较合闸时更大，符合运营实际情况，目前四号线使用的隔离开关MCB额定电流为30A，热继电器额定电流为8A，前者对电流的暂态过程作保护，后者则对负载电流的稳态过程作保护，根据试验结果，操作机构的永磁电机在负载电流超过额定载荷的情况下，容易出现MCB保护动作的情况，属保护的正常动作。以上是以刹车模块模拟电机在不同负载情况下的负载电流情况，实际情况下，隔离开关刀闸调节螺栓的紧固力矩过大、传动机构动作卡滞等均会导致永磁电机出现过载，虽然操作机构MCB能正确对该类故障做出保护，但该类机械故障一般伴随着机械结构、材料零件老化、性能下降等原因，日常检修维护的时难以发现以及判断，只能采取亡羊补牢的方式对设备进行维修，不利于设备缺陷的及早发现及处理。

5 解决方案

为了能在故障发生前，结合日常的检修维护，及时发现永磁电机负载电流的异常情况。根据上述分析，可以在隔离开关操作机构中加装双针式电流表，记录设备运行过程中曾出现的最大负载电流，同时结合上述试验数据及继电保护原则，将双针式电流表的整定值设置为正常最大启动电流的1.2倍，约15.36A，日常检修人员只需注意观察双针电流表的最大电流值即可掌握负载电流情况，及时发现并处理负载电流过大的隐患。

6 结语

隔离开关操作机构过载往往由于隔离开关本体和操作机构电气、机械性能下降而导致，一旦过流保护动作，开关将失去电动操作功能，不利于快速响应故障及恢复设备供电。本文结合广州地铁四号线多年运行的经验，试图寻求在设备日常检修过程中对该问题及早发现及处理的解决方法，相信随着隔离开关电气和机械机构的不断完善，研究其负载电流特性关系将能在设备的整个生命周期内发挥越来越大的作用。

参考文献

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