地鐵列車受電弓故障分析及電路改造

1車輛運(yùn)行過程故障的預(yù)防廣州地鐵1號線列車是國外引入的先進(jìn)地鐵車輛。在使用過程中，必須定期、每輛車進(jìn)行不同級別的維護(hù)，以處理車輛運(yùn)營過程中的各種故障。在進(jìn)行上述作業(yè)中，需斷開接觸網(wǎng)，用車間電源柜向列車供電，檢查人員上車頂檢查車輛設(shè)備在有電時的工作情況。為安全起見，檢修時受電弓為無電狀態(tài)，但在進(jìn)行以上有關(guān)作業(yè)時，曾經(jīng)出現(xiàn)受電弓非正常帶電故障，并將一位員工的手掌灼傷。針對此故障情況，我們進(jìn)行了仔細(xì)的調(diào)查分析，查出了故障原因，向供貨商提出了整改措施，并對其進(jìn)行了改進(jìn)。2原因分析2.1車間電源柜供電電路廣州地鐵1號線動車組由6節(jié)車組成，前3節(jié)為奇數(shù)單元，后3節(jié)為偶數(shù)單元，而每單元車組又細(xì)分為拖車A、動車B、動車C。在拖車A的車頂安裝有受電弓，能從直流1500V的接觸網(wǎng)上取電受流；而在拖車A的車底安裝有車輛車間電源箱，能從直流1500V的車間電源柜上取電受流。兩單元車組在半自動車鉤的電氣鉤解鉤后，各自分開成兩個獨(dú)立單元車組時，可同時用兩個車間電源柜向兩個單元車組供電；而兩單元車組合并為一列車時，通過電氣聯(lián)鎖控制電路，只允許用一個車間電源柜供電。單個單元車組直流1500V取電受流的主電路圖見圖1。由圖1可見：在車輛受電弓取電受流的情況下，受電弓1Q01從直流1500V的接觸網(wǎng)上取電，經(jīng)熔斷器1F02、接觸器1K01的常閉主觸頭01、02端，二極管3V01，向車輛DC/DC、DC/AC等輔助設(shè)備供電。此時，接觸器1K02的常開主觸頭01、02端處于分開位置。而在車輛車間電源箱取電受流的情況下，接觸器1K01的常閉主觸頭01、02端在電氣聯(lián)鎖控制電路的作用下分開；而接觸器1K02的常開主觸頭01、02端閉合。車間電源柜的直流1500V電源，經(jīng)接頭插座1X01，接觸器1K02的常開主觸頭01、02端，二極管3V01，向車輛下級輔助設(shè)備供電。并聯(lián)的緩沖電阻R01.1和R01.2及緩沖電容器C01組成了緩沖濾波電路。電氣聯(lián)鎖電路圖見圖2。由圖2可知：只有當(dāng)控制電路中的傳感器7B01檢測到受電弓1Q01在降弓位置時，繼電器7K03才能得電動作；繼電器7K03的常開觸頭13、14端閉合，接觸器1K01得電動作；接觸器1K01的常閉觸頭01、02端分開，常開輔助觸頭13、14端閉合，接觸器1K02得電動作；接觸器1K02的常開主觸頭01、02端閉合，車間電源柜的直流1500V電源經(jīng)此向車輛輔助設(shè)備供電。控制電路這樣設(shè)計的主要目的是通過傳感器7B01的檢測電路和接觸器1K01與接觸器1K02的電氣聯(lián)鎖控制電路，確保車輛不能從車頂?shù)氖茈姽蛙嚨椎能囬g電源箱同時取用直流1500V電源，防止危險情況的發(fā)生。2.2器出口線失電經(jīng)過對此故障的調(diào)查分析及試驗論證，得出了發(fā)生此故障的原因：那位手掌被受電弓非正常放電灼傷的員工，是在車間電源柜已向列車正常輸出直流1500V電源及在車頂正常進(jìn)行空調(diào)故障處理時，由于車頂受電弓與車頂空調(diào)器的位置較近，手掌在無意中觸動了受電弓1Q01，使受電弓1Q01的金屬部件離開了傳感器7B01檢測電路的有效范圍，使繼電器7K03失電動作；繼電器7K03的常開觸頭13、14端分開，接觸器1K01失電動作；接觸器1K01的常閉主觸頭01、02端閉合，常開輔助觸頭13、14端分開，接觸器1K02失電動作；接觸器1K02的常開主觸頭01、02端分開。在此過程中，雖然車間電源柜也受內(nèi)部保護(hù)電路觸發(fā)，立即切斷直流1500V電源，但卻造成了受電弓帶高壓電的兩個原因：（1）接觸器1K01失電，其常閉主觸頭01、02端閉合，這樣瞬時受電弓的電位即等于電容器C01的01端電位，約同車間電源供電電壓。但由于C01可通過電阻R01.1和R01.2以及二極管3V01放電，放電時間常數(shù)為微秒級，對人體的損傷較小。（2）接觸器1K01失電，其常開輔助觸頭13、14端分開，接觸器1K02失電動作。但接觸器1K02的固有動作時間有數(shù)十毫秒，這樣在數(shù)十毫秒內(nèi)，接觸器1K01和接觸器1K02的主觸頭同時閉合，使車間電源柜的高壓直流電直接接到受電弓，對人體有較大的損傷。在接下來的試驗中，我們首先在受電弓1Q01上掛上啟動電壓為150V的直流高壓驗電器，接著讓車間電源柜向列車正常輸出直流1500V電源，最后用耐高壓絕緣棒將受電弓1Q01的金屬部分撥離傳感器7B01檢測電路的有效范圍時，驗電器每次均發(fā)出幾聲短促的高壓帶電報警聲，從而也驗證了以上分析的正確性。3對車輛的供電電路設(shè)計故障原因查明并與供貨商研究后，對電氣聯(lián)鎖控制電路進(jìn)行了改造。新的電氣聯(lián)鎖控制電路圖見圖3。由圖3可知：接觸器1K01的控制電源改由列車的永久直流110V電源供電（即由列車蓄電池供電）。當(dāng)列車需要使用車間電源供電時，將鑰匙開關(guān)2S15轉(zhuǎn)向2位端，使鑰匙開關(guān)2S15的常開觸頭23、24端閉合。電源經(jīng)2S15的23、24端，二極管7V07后，使接觸器1K01得電動作；接觸器1K01的常閉主觸頭01、02端分開，常開輔助觸頭13、14端閉合，接觸器1K02得電動作；接觸器1K02的常開主觸頭01、02端閉合，車間電源柜向車輛負(fù)載供電。另外，對列車受電弓控制電路也作了改造。有關(guān)電路參見圖4。在原電路受電弓升降弓控制電路中，微動開關(guān)2F30的02端與繼電器2K04的13端是用導(dǎo)線直接連接的，改造后的電路加裝了鑰匙開關(guān)2S15。其中，鑰匙開關(guān)2S15的常閉觸頭11、12端中的11端與微動開關(guān)2F30的02端相連接，而12端則與繼電器2K04的13端相連接。另外，在原電路受電弓保持和電磁閥控制電路中，微動開關(guān)2F33的02端與繼電器2K10的64端是用導(dǎo)線直接相連接的；改造后的電路，也加裝了鑰匙開關(guān)2S15。其中，鑰匙開關(guān)2S15的常閉觸頭21、22端中的21端與微動開關(guān)2F33的02端相連接，而22端則與繼電器2K10的64端相連接。當(dāng)鑰匙開關(guān)2S15轉(zhuǎn)向1位端時，鑰匙開關(guān)2S15的常閉觸頭11、12端和21、22端閉合，受電弓可受升、降弓按鈕控制，正常地進(jìn)行升降弓操作，從直流1500V的接觸網(wǎng)上取電受流；而在鑰匙開關(guān)2S15同一轉(zhuǎn)軸上的常開觸頭23、24端分開，列車不能經(jīng)過車間電源箱從車間電源柜上取電。當(dāng)鑰匙開關(guān)2S15轉(zhuǎn)向2位端時，鑰匙開關(guān)2S15的常閉觸頭11、12端和21、22端分開，常開觸頭23、24端閉合；受電弓的升、降弓