地铁车辆无法断激活问题分析及电路设计优化
2022-10-02高周瑜曾宪威傅雪峰
赵 杰，高周瑜，曾宪威，傅雪峰
（厦门轨道交通集团有限公司，福建 厦门 361000）
列车激活回路作为地铁电客车车辆的主要弱电部分，涉及列车牵引、制动、车门和网络等多个子系统的功能控制，而继电器作为激活电路的关键节点，承担着状态反馈、联锁控制等关键功能。因此，对于激活回路中继电器各触点的设计应用应考虑全面，在确保回路关键节点设置热备冗余的同时，需结合电气元件性能充分考虑其应用合理性。
1 列车激活原理
厦门地铁3号线激活回路开启或关断主要由=22-S01列车激活开关控制，该开关是自复位开关，共设置有“OFF、0、ON”3种档位，如图1所示。当=22-S01处于0位的时候11-12触点是导通的，23-24触点是断开的；=22-S01处于ON位时，11-12触点与23-24触点都是导通的；=22-S01处于OFF位时，11-12触点与23-24触点都是断开的。
图1 列车激活开关
当操作激活旋钮至“ON”位时，在列车激活的瞬间，110 V电源经过=22-F01（列车激活供电断路器）、=22-S01（列车激活开关）的24-23触点和=22-K04（列车激活保持继电器）的3-13常闭触点，使得=22-K01（列车激活继电器）、=22-K03（列车激活继电器）的线圈得电，=22-K01的3-13常闭触点断开，如图2所示。激活电路保持采用尾车通过列车线对激活端进行供电，通过尾车的=22-K01（列车激活继电器）常闭触点3-13、22D07列车线、=22-S01（列车激活开关）的11-12触点、=22-K61（蓄电池保护继电器）常闭触点4-14、=22-K01（列车激活继电器）的4-12触点和=22-K03（列车激活继电器）的4R-14R触点、使得=22-K01和=22-K03线圈保持得电状态，构成自锁电路，如图3所示。当操作激活旋钮至“OFF”位时，=22-S01的11-12触点断开，激活保持回路供电中断，使得=22-K01和=22-K03线圈失电，列车断激活。
图2 列车激活回路
图3 列车激活保持回路
2 问题分析
前期发现多列车将列车激活开关=22-S01打至“OFF”位时，激活无法正常关断，继电器存在抖动现象。考虑若列车激活无法正常断开，在多次操作激活开关关断激活的过程中，将导致继电器触点异常吸合、断开，易烧灼触点，损害继电器，降低使用寿命，因此需要优化列车激活电路。
2.1 继电器分析
经过现场观察发现，故障原因主要由=22-K01、=22-K03 2个继电器在断激活过程中未正常失电导致。该项目早期出于冗余考虑，将=22-K01继电器的4-12、5-7触点与=22-K03的4R-14R、3L-11L采用并联设计，若任意一个继电器单路触点故障不会导致整列车激活断开，提高可用性。列车激活继电器=22-K01型号为D-U204-CKL，见图4及表1。继电器=22-K03型号为D8-U204-CKL，见图5及表2。2种继电器仅辅助触点不同，其他性能参数基本一致，继电器触点吸合时间小于20 ms，释放时间小于12 ms。
表2 D8-U204-CKL型继电器参数
图5 D8-U204-CKL型继电器
表1 D-U204-CKL型继电器参数
图4 D-U204-CKL型继电器
2.2 电路原理分析
在列车断激活过程中，当2个继电器释放动作不一致时，尤其是=22-K01的释放动作稍快一点而=22-K03的4R-14R触点还未断开的的情况下，就会发生本车的=22-K01继电器线圈失电后，=22-K01的3-13常闭触点恢复闭合状态、经过蓄电池保护继电器=22-K61常闭触点4-14、=22-K03的4R-14R触点，使=22-K01继电器线圈恢复得电，而=22-K01继电器得电后，继电器线圈的触点闭合情况下存在弹跳时间，进而导致继电器频繁动作抖动的情况。
3 优化方案
3.1 电气方案设计
综上分析，此故障是由于列车激活继电器存在释放不一致的情况，当=22-K01的释放动作稍快时，将导致=22-K03、=22-K01频繁发生自锁故障。根据原理图进行分析，若取消=22-K01继电器与=22-K03的继电器的触点并联设计，可避免无法正常断激活现象发生。但是该节点为激活电路关键节点的热备冗余，若去除后发生继电器触点阻值过大或其他异常情况将导致列车激活电路在该处断开失电且无法再次激活，整列车弱电控制系统将会处于瘫痪状态，对正线行车产生严重影响。经综合考虑，最终在保留=22-K01继电器与=22-K03的继电器的触点并联设计情况下，采用在=22-K01继电器3-13常闭触点后串联=22-K03的3L-13L常闭触点，原理图变更如图6所示。
图6 激活电路原理图变更
3.2 实施方案
将=22-K01的3口接线22D03-401拆下，接入=22-K03的3R口，即=22-K03的3R口与=22-S01的12口相连；将=22-K01的3口接线22D03-402拆下，接入=22-K03的3R口，即=22-K03的3R口与=22-K61的14口相连；新增=22-K01的5口接线22D06-405连接至=22-K03的3L口；新增=22-K03的11R口接线22D11-401连接至=22-K01的3口。接线表见表3。
表3 接线表
3.3 实施效果
已按上述方案对厦门地铁3号线车辆的列车激活电路进行了改造，在保持激活电路关键节点的热备冗余设计的同时，从根本上解决了电客车断激活时继电器存在抖动，无法正常断激活故障，使用效果良好。
4 结论
通过这项升级改造，完善了电客车激活回路设计，从根本上解决了问题。在电路设计中，在对关键节点增设冗余点位的同时，要结合电气元件性能充分考虑其合理性，不能增加次生隐患。本次问题涉及的功能电路原理具有通用性，对于今后其他地铁项目的电客车电路设计有着较为实用的参考意义。
