济南地铁3号线牵引系统高速断路器控制电路优化

2024-03-27赵显超赵燕娜

城市轨道交通研究 2024年3期

张许赵显超赵燕娜

(1.济南中车四方轨道交通装备有限公司, 250013, 济南; 2.中车青岛四方车辆研究所有限公司, 青岛, 266031;3.济南轨道交通集团有限公司, 250013, 济南)

1 济南地铁3号线牵引系统

济南地铁3号线(以下简称“3号线”)列车采用“4动2拖”6节编组方式,车辆编组为: Tc-Mp-M-M-Mp-Tc(Tc为带司机室的拖车,Mp为有受电弓的动车,M为无受电弓的动车)。3号线列车牵引系统采用VVVF(变压-变频)牵引逆变器和异步鼠笼电动机构成的交流电传动系统,全列采用车控方式。牵引系统采用DC 1 500 V接触网供电制式,主要由牵引逆变器、高速断路器、主接触器及牵引电机等设备组成。3号线高速断路器采用赛雪龙UR10系列直流高速断路器,该型断路器具有电磁吹弧和消弧、直接瞬时过流脱扣、间接快速脱扣、电控分断及自然冷却等特点[1]。

2 高速断路器闭合故障原因分析与排查

3号线运营初期,在操作高速断路器闭合时,多次偶发性报出高速断路器闭合故障,严重影响列车运行可靠性。根据3号线列车高速断路器闭合故障发生时的相关指令及器件状态,结合高速断路器控制电路原理及控制逻辑对故障原因进行分析。

2.1 故障原因分析

根据3号线牵引系统故障逻辑,当牵引逆变器发出高速断路器闭合指令后延迟2 s,牵引逆变器检测到高速断路器仍为断开状态时,牵引系统报出高速断路器闭合故障,并将故障信息发送至TCMS(列车控制与管理系统)进行故障提示。

根据高速断路器控制逻辑原理,触发高速断路器闭合故障有以下原因:①高速断路器实际处于闭合状态,但反馈为断开状态;②高速断路器线圈得电,主触点未闭合;③高速断路器线圈未得电,无法闭合。

2.2 故障排查

2.2.1 高速断路器实际处于闭合状态,但反馈为断开状态

通过分析高速断路器故障时刻数据,牵引控制器在接收到高速断路器闭合指令后,判断高速断路器闭合的前置条件满足要求并发出高速断路器闭合指令,80 ms后牵引控制器接收到高速断路器减载信号,此时高速断路器应处于闭合状态。但从故障数据来看,牵引逆变器检测到输入电压(网线电压)约为5 V。因此,根据牵引系统主电路原理可判断,故障时刻高速断路器实际并未闭合。高速断路器闭合故障时刻数据如表1所示。

表1 高速断路器闭合故障时刻数据表

2.2.2 高速断路器线圈得电,主触点未吸合

根据《赛雪龙UR10系列高速断路器用户手册》中合闸线圈的典型参数,当控制电压为DC 110 V时,线圈标准电阻为14.43 Ω[2],通过测量得到故障高速断路器线圈电阻为14.5 Ω,符合高速断路器线圈电阻参数范围要求。检查并手动闭合高速断路器,未发现触头卡滞等异常现象。

2.2.3 高速断路器线圈未得电

3号线牵引系统高速断路器控制逻辑原理图如图1所示。

a) 牵引系统控制原理

b) 高速断路器闭合控制原理

根据高速断路器控制逻辑原理,HB控制电路中主要包含KM1常闭触点、KA1常闭触点、KA5常闭触点、KA6常闭触点、KA4常开触点、110 V供电端子排及减载电路HBR等。高速断路器控制电路中每一点位均有可能导致高速断路器线圈无法正常得电。

结合高速断路器控制逻辑原理及故障记录,在高速断路器闭合指令发出后,80 ms左右牵引控制器收到了高速断路器减载信号状态反馈,即KA4在收到命令后动作吸合。根据KA4闭合时间范围(50～100 ms)可知,KA4闭合功能正常。

进一步分析高速断路器闭合过程中的各器件电压、电流波形。使用示波器测量高速断路器闭合时线圈两端电压,发现在牵引控制器发送的高速断路器闭合指令脉冲(持续时间为0.6 s)结束时,KA4断开瞬间由于高速断路器自感特性线圈两端存在电压差约为334 V的反向电压。随着分断次数的不断增多,极易造成KA4触头烧蚀以及接触电阻变大,导致在下一次高速断路器闭合时,瞬时合闸功率不足,无法正常吸合。

高速断路器闭合减载时的感应电压波形如图2所示。