由联锁逻辑缺陷引发的道岔转辙机熔断器电流冲击问题分析

陆鑫源

（上海轨道交通维护保障公司通号分公司，200002，上海∥工程师）

由联锁逻辑缺陷引发的道岔转辙机熔断器电流冲击问题分析

陆鑫源

（上海轨道交通维护保障公司通号分公司，200002，上海∥工程师）

摘 要以联锁逻辑分析为切入点，对上海轨道交通2号线某折返站在特殊工况下道岔转辙机电机转向突变引起熔断器烧毁的原因进行了分析，进而对转辙机所适应的熔断器进行了量化，并制定了避免此类故障发生的管理措施。

关键词城市轨道交通；道岔转辙机；熔断器；故障分析

Author＇s address Telecom &Signaling Branch，Shanghai Rail Transit Maintenance Support Center，200002，Shanghai，China

1　问题的发生

上海轨道交通2号线某中间折返车站承担了大小交路的日常运营任务，其道岔定位时开通直股大交路，反位时开通侧股小交路。道岔采用ZD 6-E∕J型双机单动牵引，其DC 220 V正电端熔电器容量为6 A，负电端定、反位各配置一个5 A熔断器。道岔转辙机动作电源由智能电源屏220 V直流模块输出。

一般情况下，联锁逻辑在收到进路请求后，将确定道岔转辙机是否位于进路的正确位置。如果某一进路上的一个或多个转辙机未能处于正确位置，且没有锁闭逻辑认为转辙机位置不可变更时，则联锁控制逻辑可向相关转辙机发出指令变更位置。

问题发生在该车站自动进路模式下：列车自动监视（ATS）系统在排列小交路进路过程中，折返道岔出现反位单边失表。经过检查，反位熔断器断路，更换后恢复。以上情况每隔半年左右会重复出现。

设备管理人员对室内、室外部分进行了检查。室外检查包括：对道岔转辙机内部及角钢各螺丝进行紧固；对HZ 24方向盒进行端子螺母紧固；检查道岔密贴、尖轨弹性等有无异常及进行一些具体参数的测试。通过室外测试可知，转辙机启动电流为1 A、动作电流为0.6 A；道岔摩擦电流正常；电机对地绝缘为50 MΩ；机内各端子之间绝缘为220～280 MΩ；各端子对地绝缘为50～300 MΩ。室内检查包括：操动道岔进行电流及电压测试，结果无异常；对分线盘电压进行测试，结果无异常；对1DQJ、2DQJ、2DQJF继电器进行测试，未发现异常；测试控制道岔电路的X1～X6的混线情况，电缆线与地及电缆线间的绝缘均大于500 MΩ。

一系列常规检查未发现异常情况，各项测试指标也符合技术指标，并且在出现问题的半年中轮换了转辙机以及室内道岔组合中所有的继电器，但问题依旧重复出现，经初步判断，引起熔断器烧毁的原因与转辙机及其控制电路没有关系。

2　问题定位

由于该车站存在overlap防护进路功能，管理人员把目光从设备硬件转向联锁软件分析。设置防护进路，是使系统满足列车之间最小运行间隔的要求，当道岔联锁区被占用时，联锁逻辑仍允许列车进入车站。即便没有办理列车进路，overlap防护进路仍能保证防护道岔自动移动至定位。防护进路是全自动控制，不需要调度或者值班员进行任何操作。

如果道岔联锁区或折返进路被占用，站台末端的X10信号机未开放（见图1），意味着列车不能全速到达，必须停靠在乘客无法下车的中间站台，待联锁信号开放，列车进站停稳后方可开门。此种情况下，overlap防护进路逻辑可使列车全速到达车站并占用整个站台。如图1所示，列车到达之前，防护进路逻辑使10﹟道岔转至定位并锁闭，同时扩大列车允许进入区域，该区域延伸至X10信号机内方；当列车完全占用站台区段33 s后或开始占用站台区段（触发轨道未出清）45 s后，道岔解锁，进而可以办理经过10﹟道岔的进路。

图1　带有overlap功能的车站线路简图

经过几次熔断器烧毁故障后，设备管理人员加装了一套联锁检测程序，连续不断地对内部约200个动态位进行检测记录，并对收集的数据进行分析对比，分析联锁动态位时序（见表1），终于掌握了一些极端情况下转辙机非正常移动的情况：overlap触发轨道被占用后，因列车未及时出清或者后续列车追踪至触发轨，折返道岔延时45 s解锁（表1的过程3），此时ATS控制台虽然能够请求折返进路，但在进路请求开始10 s后，“X10.X4OLRQ”动态位的置“0”过程才完成。在这10 s内，道岔首先被进路控制从定位运行至反位，转辙机单次全程动作耗时5 s左右，当道岔再被“X10.X4OLRQ”控制从反位运行至定位期间，置“0”延时到期、定位命令消失，转动中的转辙机又被进路带回至反位（表1的过程10），此刻发生了电机方向逆转，引起了电流叠加。

该道岔每天动作次数在270次左右，由于列车运行密度高，折返站追踪距离短，因而发生反转次数的比例占到了0.8﹪左右。但是，并非一发生电机转向突变就引起熔断器的烧毁，为此，管理人员对电机的电流进行了采样及分析。

3　道岔转辙机电机转向突变时的电流分析

由于道岔转辙机电机转向突变时间极其短暂，传统的微机监测道岔电流曲线模块的精度和响应时间均无法严谨地观测到电流值，故采用高精度测量仪表分析反转瞬时的电流-时间分布情况。

（1）测试仪表：Fluke 199示波器。

（2）测试附件：4.4Ω大功率无感电阻。

（3）测试方法：道岔动作电路临时使用3个10 A熔断器，分次把电阻串联在ZD 6型直流电机（DC 220 V）正电、定位负电、反位负电熔断器电路中，用模拟列车占用方法引起道岔动作过程中的电机转向突变，并用示波器监测电阻两端实时波形。ZD 6型直流电机转向突变波形如图2所示。

图2　ZD 6型直流电机转向突变波形

由图2可知，定、反位动作的反转瞬间均存在尖脉冲，其最大电压峰值为110 V，换算成电流为25 A，持续时间为2.4 ms。尖脉冲后紧接一个类似正电端波形，其波峰电流为12.7 A，持续时间超过5 A熔断器的大电流持续时间44 ms，超过10 A熔断器的持续时间18 ms。

波形突变主要是因电机两端加上了反向直流电压，在反向磁场刚刚运作时，磁性最强，加上原来电机的惯性转动也有很强的自感反电动势，能量叠加之后的通电线圈在磁场中做切割磁感线运动最剧烈，引起了峰值波形。反转之后电机惯性消失，同时转子的感性能量也逐步消失，最终电流趋于稳定。

通过对转辙机电机转向突变时刻的延时和电流值进行对比分析，最终在时间-电流特性曲线中确定了尖脉冲及半波形电流分布，如图3所示。

图3中，虽然半波形电流与尖脉冲电流的圆型分布与5 A的曲线没有直接重叠，但它们的相对位置还是比较接近，经过多次短时大电流冲击后还是存在烧毁的概率，而10 A特性曲线离开冲击电流较远。所以，在联锁逻辑缺陷修正之前，暂时调整了熔断器容量配置：DC 220 V正电和反位负电使用10 A，定位负电使用6 A。

4　结论

在特殊工况下，联锁中overlap防护进路请求解锁的延时与道岔动作时间不匹配，会导致道岔转辙机电机转向突变，尖峰电流长期冲击熔断器是造成本次故障的根本原因。此类故障发生间隔时间长、故障点隐秘，常规检查无法第一时间发现问题，需花费大量的时间进行数据分析后才能逐步确定问题的本质。

表1　联锁动态位时序分析

目前，信号设备供应商已对道岔转辙机反转问题进行了确认并及时发布了新版联锁软件，修复了overlap防护进路的逻辑漏洞。但管理人员发现，在ATS控制台上快速来回单操道岔，或者人为单操道岔与自动进路有冲突情况下，也能引起道岔转向突变，久而久之会引起烧毁熔断器故障。因此，管理人员更新了《运营限制》，在《运营限制》中增加了“当办理进路、列车触发防护进路、道岔单操所请求的道岔正在移动，ATS界面还未显示出道岔表示的13 s时间内，严禁发送对相关道岔位置相反的控制命令。操作人员可以观察道岔表示出现或者发现道岔表示不正常等待13 s后，才能再次发送道岔的控制命令。”以制度来规范运营人员的操作，降低设备故障概率，提高线路运营质量。

图3　不同熔断器的时间-电流特性曲线

参考文献

［1］ 鲁志彤.我国车站计算机联锁系统［J］.甘肃科技，2009（11）：61.

［2］ 沈美兰.计算机联锁系统的故障-安全防护措施［J］.科技信息，2010（1）：831.

［3］ 李汉舟，杨世超.基于模糊PID的直流力矩电机转速控制［J］.中国惯性技术学报，2004（6）：81.

［4］ 庞清乐.基于智能算法的小电流接地故障选线研究［D］.济南：山东大学，2007.

Analysis of Current Impact on Turnout Switch Machine Fuse Caused by Interlocking Logic Defects

Lu Xinyuan

AbstractAccording to an interlocking logic analysis，the reasons of turnout switch machine fuse burnout on Shanghai Metro Line 2 in special motor steering condition are detected，a quantitative study of the switch fuse adapted to the turnout switch machine is carried out，and corresponding management policies are made to avoid such incidents.

Key wordsurban rail transit；turnout switch machine fuse；fault analysis

中图分类号U 213.6＋1

DOI：10.16037∕j.1007-869x.2016.01.022

收稿日期：（2014-04-24）