S700K转辙机五线制电路改进方案探讨

辛 骥 李中羽 容亮荣

广州地铁2、4、5、6、8号线均采用西门子公司生产的S700K－C型转辙机。根据多年的维护经验，S700K转辙机配套使用的沙尔特宝速动开关组故障率较高，约占转辙机电气故障率的50%以上，主要表现为开关接点氧化、发黑，导通电阻异常增大或接触不良等现象，导致道岔无法转换或正常显示位置，直接影响地铁正常运营。为降低速动开关故障产生的影响，现场维护人员不得不采用定期更换等预防措施，虽然一定程度上减少了故障发生率，但仍然无法完全解决此类故障，同时也提高了生产成本。鉴于此，结合设备电路结构特点，在不影响故障导向安全的前提下，提出对五线制电路速动开关进行并联改造，以提高设备的稳定性。

1 电路原理

S700K电动转辙机采用交流三相异步电机，其五线制电路主要包括启动电路和表示电路。如图1所示，其中启动电路包括交流A、B、C三相输入，A相X1为公共输入，通过B、C换相，即X1、X3、X4或X1、X2、X5实现电机正转和反转，定位转反位经过的速动开关节点依次为12－2—11－2、12－1—11－1、 13－1—14－1、13－2—14－2；反位转定位经过的速动开关节点依次为41－1—42－1、41－2—42－2、44－2—43－2、44－1—43－1；表示电路则利用独立的表示电源，结合室外二极管和机内速动开关接点构成独立的表示回路，定位表示回路经过的速动开关节点依次为33－1—34－1、33－2—34－2、15－1—16－1、35－1—36－1，反位转定位经过的速动开关节点依次为23－1—24－1、23－2—24－2、45－1—46－1、25－1—26－1。

2 电路优化方案

在上述五线制电路结构中，启动电路机内部分经过2组速动开关接点，表示电路机内部分经过4组速动开关接点，任意一个接点故障都会导致转辙机无法转换或失去位置表示。为降低单个接点故障影响，结合出厂时配12组速动开关预留2组的特点，利用现有速动开关组的空接点，对启动电路和表示电路中的速动开关进行并联优化，如图2所示，具体包括以下2个方面：①将启动电路中的速动开关由双断串联改为单断并联；②将表示电路中的速动开关由多断串联改为多断并联。此改造方案只需要增加短接片，操作简单且风险低。配线方面仅需要利用短接片对相邻的速动开关接点进行并联短接。为方便改造配线，改造后表示电路由原来的4组速动开关接点串连改为3组双并速动开关串连，电路仍保持为 “多断点串连”性质。无论哪一组接点粘连均不会影响安全。

图1 改造前速动开关电路

3 改造前后电路对比分析

改造前速动开关均采用单接点串联结构，改造在原结构的基础上实现接点并联，提高了设备可用性，具体对比分析如下。

1．原单接点串联电路。优点：断开电路防混线能力强。缺点：电路中速动开关接点串联较多，产生断线及接触不良故障的风险高。

2．并联改造电路。优点：速动开关接点增加冗余，降低因单个速动开关故障引发的道岔无法转换或失表故障；并联起到分流作用，速动开关接点通过电流由2．1A降至1A，接点发黑、氧化等情况明显改善，可延长速动开关组的更换周期，降低生产成本。缺点：理论上增加了接点熔断粘连的可能性，防混线的能力下降，但根据设备维护经验，接点在承受接近额定电流3A的情况下从未发生粘联故障，且并联改造后每一接点承受的电流仅为额定值的30%，所以接点粘连的可能性更低。

4 电路改造风险评估

针对电路改造后串联接点减少的实际情况，存在的风险主要为接点粘连或给出错误表示。其中表示电路改造后电路仍保持 “多断点串连”结构，即在表示电路并联改造后任意一组接点粘连均不会影响正确的表示电路。而启动电路改造后，接点由原来的串联双断变为并联单断结构，改变较大，故以下只对启动电路并联改造部分进行风险分析，以正装道岔为例。

4．1 41－42粘连风险分析

1．假设41－42发生粘连 （图2圆圈标识处的接点），道岔定位转反位时对启动电路的影响分析。五线制转辙机控制电路继电器动作顺序为：1DQJ↑→1DQJF↑→2DQJ转极→电机三相电平衡→BHJ吸起使1DQJ自保。

道岔在定位转反位的一瞬间 （即1DQJ和1DQJF吸起而2DQJ未转极时）电机的A相和C相已得电，电机缺相启动。2DQJ在0．1～0．3s时间内转极，刚好将粘连的分支断开，道岔正常动作并给出反位表示。

2．假设41－42发生粘连，道岔反位转定位时对启动电路的影响分析。当道岔由反位转定位时（参见图2，此时原断开的速动开关接点已经接通，原接通接点已经断开），转辙机转换到位时不能通过41－42实现机械切断电源。此时由于三相不平衡，DBQ断相保护器会自动切断三相电源。道岔正常转到位后有约1s时间缺相运行，然后正常给出道岔表示。

图2 改造后速动开关电路

3．假设41－42发生粘连，对定位表示电路的影响分析。由于2DQJ继电器在吸起位置 （参见图2），41－42发生粘连并未影响到原来表示回路，即不影响定位表示。

4．假设41－42发生粘连，对反位表示电路的影响分析。图2中 （此时原断开的速动开关接点已经接通，原接通接点已经断开），由于此时41－42已经是闭合位置，所以发生粘连不影响反位表示。同理，因定反位所用速动开关为对称设置，若11－12发生粘连情况与41－42一样，同样不会影响定反位表示，只是从故障曲线发生位置上可以进行区分判断。

4．2 43－44粘连风险分析

1．当定位43－44粘连时 （图2方框标识处的接点），由于43－44将二极管短路，定位将失去表示。道岔转换启动时同样也会出现上述在2DQJ转极前的瞬间缺相运行。

2．当反位43－44粘连时，由于此时43－44本就机械闭合，所以粘连不影响反位表示，但在道岔转换到位后会缺相运行。

同理，因定反位所用速动开关为对称设置，接点13－14粘连与43－44情况一样。只是发生故障的位置不同。

经过上述对不同接点发生粘连的分析得知：无论启动电路中的哪一组接点发生粘连，都会出现电机瞬间的缺相运行，会直接影响电机的使用寿命。当粘连点发生 在 13－14或 43－44 接点时，则会导致定位或反位无表示，提醒维修人员及时处理故障。如果粘连点发生在41－42或11－12时，道岔瞬间缺相启动不能及时发现，只能够通过查看微机监测道岔曲线分析。

4．3 室内外表示不一致风险分析

表示电路中的安全控制原则包括以下几个方面：①独立电源法，采用独立的表示电源；②位置法，采用室内有表示继电器，室外有二极管；③极性法，带有极性要求的偏极继电器。

表示继电器是一个偏极继电器，要使它吸起需有电压极性要求，即线圈的1为正、4为负才能吸起。而供电极性由室外接在X2和X4或者X3和X5的二极管方向决定。如果要出现室内和室外表示不一致，即给出错误表示，必须在此电路中同时满足以下2个条件：①二极管电路中出现2个交叉，即X2和X3交叉，X5和X4交叉；②二极管极性对调。

显然，以上电路改造并没有改变原电路的设计初衷，而且即便是单机错表示，因现场采用双机联动设计，在表示电路方面由四副单机串联组成，其中任意一组错表示导致的最终结果都是整体无表示，即改造不会有导致错表示的风险。

5 结论

目前该改造方案已经通过了广州地铁信号专业组的论证，同时在广州地铁6号线培训基地和试车线完成了上线试验，现场使用情况良好，目前在正线逐步推广改造。结合上述分析与实践情况，认为并联改造有效解决了速动开关单接点性能不良引发的道岔故障，提高了设备冗余性和稳定性，延长了速动开关组更换周期，有效降低了生产成本，且无任何安全风险，可广泛应用于后续新线建设中。

［1］ 孙启发．S700K道岔转换与锁闭设备原理及维护知识［M］．北京：中国铁道出版社，2007．

［2］ 60kg／m钢轨9号单开道岔转换设备（S700K）安装图（图号：06400－S－XH－13）》（北京全路通信信号研究设计院有限公司）

［3］ 孔青宁．S700K型电动转辙机道岔控制电路故障分析［J］．价值工程，2012，31（35）：77－79．

［4］ 林瑜筠．铁路信号基础［M］．第2版．北京：中国铁道出版社，2005．