廣州地鐵四號線隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)負(fù)載能力研究

1、    廣州地鐵四號線隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)負(fù)載能力研究    任振強(qiáng)摘 要：隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)過載往往由于隔離開關(guān)本體和操作機(jī)構(gòu)電氣、機(jī)械性能下降而導(dǎo)致，一旦過流保護(hù)動作，開關(guān)將失去電動操作功能，不利于快速響應(yīng)故障及恢復(fù)設(shè)備供電。以廣州地鐵四號線目前上線使用的電動隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)為例，針對其因電動操作機(jī)構(gòu)過載導(dǎo)致mcb過流保護(hù)動作的問題做了詳細(xì)的介紹。并對隔離開關(guān)永磁電機(jī)負(fù)載電流特性關(guān)系進(jìn)行了初步分析，提出了對電機(jī)負(fù)載電流監(jiān)測的基本原理，并尋求在設(shè)備日常檢修過程中發(fā)現(xiàn)及處理該問題的方法。關(guān)鍵詞：廣州地鐵四號線 隔離開關(guān) 過流保護(hù)：u231 ：a ：1674-0

2、98x（2018）02（a）-0028-021 廣州地鐵四號線隔離開關(guān)概況廣州地鐵四號線是國內(nèi)首條采用1500v鋼鋁復(fù)合接觸軌供電方式的地鐵線路，正線設(shè)15座牽引變電所，共90臺電動隔離開關(guān)。作為供電運(yùn)行的重要設(shè)備，四號線隔離開關(guān)自2005年開通運(yùn)營至今，雖然總體運(yùn)行情況良好，未出現(xiàn)過嚴(yán)重的影響行車的重大故障，但由于隔離開關(guān)本體動作不暢及操作機(jī)構(gòu)電氣故障等原因，曾出現(xiàn)隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)mcb因過載而導(dǎo)致保護(hù)動作的問題。2 隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)過載現(xiàn)象及危害電動隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有主回路mcb，正常情況下，mcb作為操作機(jī)構(gòu)的供電電源，處于閉合狀態(tài)，若操作機(jī)構(gòu)長期處于過載狀態(tài)，將會加速電氣和機(jī)械零

3、件的老化速度，引起隔離開關(guān)刀閘動作出現(xiàn)卡滯或操作機(jī)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)電氣故障等，嚴(yán)重情況下將引起mcb過流保護(hù)動作，導(dǎo)致隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)整體失電，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或當(dāng)?shù)仉妱拥归l，只能待搶險人員進(jìn)行人工手搖操作，不利于快速響應(yīng)故障及恢復(fù)設(shè)備供電。3 隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)過載原因分析隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)當(dāng)接收到遠(yuǎn)程/當(dāng)?shù)氐姆趾祥l信號后，通過二次回路驅(qū)動永磁電機(jī)帶動傳動桿和隔離開關(guān)刀閘，實(shí)現(xiàn)機(jī)械分合閘。無論是操作機(jī)構(gòu)的二次回路故障或隔離開關(guān)本體動作不暢，若超過永磁電機(jī)的額定載荷，均會導(dǎo)致直流電機(jī)出現(xiàn)過載從而引起mcb保護(hù)動作。表1列舉了四號線曾出現(xiàn)過的mcb過流保護(hù)動作的情況，它們都發(fā)生在隧道內(nèi)區(qū)間。對比地面段區(qū)間安

4、裝在室內(nèi)的隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)，隧道內(nèi)的長期受隧道震動、潮濕、粉塵等環(huán)境因素的影響，是其引起操作機(jī)構(gòu)過載的主要原因。4 操作機(jī)構(gòu)負(fù)載電流特性分析四號線目前在線使用的隔離開關(guān)涉及的廠家眾多，各類型隔離開關(guān)使用的mcb型號也不盡相同，本文以成都通力集團(tuán)有限公司的dc110v隔離開關(guān)為例，通過加裝負(fù)載電流采樣回路對隔離開關(guān)動作的過程進(jìn)行測試記錄。4.1 試驗(yàn)原理隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部硬件邏輯通過驅(qū)動永磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)刀閘動作，直流開關(guān)動作的過程可直接體現(xiàn)為直流永磁電機(jī)電流的暫態(tài)過程，通過在永磁電機(jī)串聯(lián)一個采樣電阻，記錄并采集隔離開關(guān)動作時的該電阻的電壓波形，即可取得電機(jī)的負(fù)載電流特性曲線。試驗(yàn)原理圖如圖1所示。

5、為獲得可變的載荷，本文通過調(diào)節(jié)永磁電機(jī)剎車模塊調(diào)節(jié)螺栓的外露深度來改變負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并記錄永磁電機(jī)在電氣故障的情況下的負(fù)載電流特性，如圖2所示。4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析永磁電機(jī)的最大的負(fù)載電流出現(xiàn)在隔離開關(guān)開始動作的瞬間，即電機(jī)的啟動電流，這是因?yàn)楫?dāng)電機(jī)啟動瞬間，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，轉(zhuǎn)速，反電動勢，啟動電流，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈電阻極小，故啟動電流較大。通過調(diào)節(jié)永磁電機(jī)的剎車模塊螺栓改變負(fù)載轉(zhuǎn)矩，得出負(fù)載電流特性數(shù)據(jù)如表2、圖3所示。根據(jù)表2和圖3，當(dāng)永磁電機(jī)剎車調(diào)節(jié)螺栓外露深度越大時，剎車模塊作用在轉(zhuǎn)子上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩越高，電機(jī)的瞬間啟動電流及穩(wěn)態(tài)電流越大，且啟動電流約為穩(wěn)態(tài)電流的58倍，同時，由于分閘過程需

6、額外克服刀閘動靜觸頭之間的接觸阻力，使得分閘時的啟動電流較合閘時更大，符合運(yùn)營實(shí)際情況，目前四號線使用的隔離開關(guān)mcb額定電流為30a，熱繼電器額定電流為8a，前者對電流的暫態(tài)過程作保護(hù)，后者則對負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)過程作保護(hù)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，操作機(jī)構(gòu)的永磁電機(jī)在負(fù)載電流超過額定載荷的情況下，容易出現(xiàn)mcb保護(hù)動作的情況，屬保護(hù)的正常動作。以上是以剎車模塊模擬電機(jī)在不同負(fù)載情況下的負(fù)載電流情況，實(shí)際情況下，隔離開關(guān)刀閘調(diào)節(jié)螺栓的緊固力矩過大、傳動機(jī)構(gòu)動作卡滯等均會導(dǎo)致永磁電機(jī)出現(xiàn)過載，雖然操作機(jī)構(gòu)mcb能正確對該類故障做出保護(hù)，但該類機(jī)械故障一般伴隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料零件老化、性能下降等原因，日常檢修維

7、護(hù)的時難以發(fā)現(xiàn)以及判斷，只能采取亡羊補(bǔ)牢的方式對設(shè)備進(jìn)行維修，不利于設(shè)備缺陷的及早發(fā)現(xiàn)及處理。5 解決方案為了能在故障發(fā)生前，結(jié)合日常的檢修維護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)永磁電機(jī)負(fù)載電流的異常情況。根據(jù)上述分析，可以在隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)中加裝雙針式電流表，記錄設(shè)備運(yùn)行過程中曾出現(xiàn)的最大負(fù)載電流，同時結(jié)合上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)及繼電保護(hù)原則，將雙針式電流表的整定值設(shè)置為正常最大啟動電流的1.2倍，約15.36a，日常檢修人員只需注意觀察雙針電流表的最大電流值即可掌握負(fù)載電流情況，及時發(fā)現(xiàn)并處理負(fù)載電流過大的隱患。6 結(jié)語隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)過載往往由于隔離開關(guān)本體和操作機(jī)構(gòu)電氣、機(jī)械性能下降而導(dǎo)致，一旦過流保護(hù)動作，開關(guān)將失去

8、電動操作功能，不利于快速響應(yīng)故障及恢復(fù)設(shè)備供電。本文結(jié)合廣州地鐵四號線多年運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，試圖尋求在設(shè)備日常檢修過程中對該問題及早發(fā)現(xiàn)及處理的解決方法，相信隨著隔離開關(guān)電氣和機(jī)械機(jī)構(gòu)的不斷完善，研究其負(fù)載電流特性關(guān)系將能在設(shè)備的整個生命周期內(nèi)發(fā)揮越來越大的作用。參考文獻(xiàn)1 袁銳.接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的常見故障探討j.甘肅科技縱橫，2015（4）：46-48.2 黃聿琛，阮江軍，邱志斌，等.隔離開關(guān)操動機(jī)構(gòu)電機(jī)輸出軸扭矩和電流關(guān)系的研究j.高壓電器，2015（6）：139-144.3 王黎明，何建明.電動隔離開關(guān)機(jī)械故障狀態(tài)監(jiān)測的設(shè)想j.浙江電力，2006（3）：56-59.科技創(chuàng)新導(dǎo)報2018年4期科技創(chuàng)新導(dǎo)報的