新一代安全型道岔控制电路研制

陈 杰，任哲宗，王 茜，于 壮，王炳乾

（青岛地铁运营有限公司，山东青岛 266000）

青岛地铁3号线正线道岔采用ZDJ9交流转辙机双机牵引方式。日常发现，道岔频繁转动会造成2DQJ继电器加强接点出现拉弧灼烧氧化、接触不良的现象，道岔表示二极管存在被瞬间启动电流击穿损坏的现象，进而导致道岔电路无法接通，导致道岔失表故障。针对现有技术存在的上述缺陷，对ZDJ9道岔控制电路进行优化研究，防止2DQJ拉弧、二极管击穿的风险，提高道岔设备的整体可靠性。

1 ZDJ9道岔控制电路组成

ZDJ9交流转辙机采用三相交流五线制道岔控制电路，分为道岔表示电路和道岔启动电路两部分。其中道岔启动电路是动作转辙机、转换道岔的电路，道岔表示电路是反映道岔位置的电路。

道岔控制电路主要由室内继电器组合（道岔JDD组合、道岔JDF组合）、防雷分线柜、室外电缆盒（HZ24）和转辙机（ZDJ9）相连组成。其中室内部分主要包含表示变压器(BD1-7)、允许操作道岔继电器（YCJ）、一启动继电器（1DQJ）、二启动继电器（2DQJ）、一启动复示继电器（1DQJF）、道岔定位操纵继电器(DCJ)、道岔反位操纵继电器（FCJ）、道岔定位表示继电器（DBJ）、道岔反位表示继电器（FBJ）、断相保护器（DBQ）、道岔保护继电器（BHJ）、切断道岔启动继电器（QDJ）、阻容盒（RC）和熔断器（RD x）等设备组成。

2 ZDJ9道岔控制电路原理

2.1 道岔启动电路

ZDJ9道岔控制电路，采用分级控制方式控制道岔转换，其中X1通过1DQJ继电器前接点接至A相，由1DQJ继电器检查联锁条件，符合要求后接通1DQJ励磁电路；X2、X4通过2DQJ继电器接点区分定、反位，接至B相；X3、X5通过2DQJ接点区分定、反位，接至C相，由2DQJ继电器控制交流电机的转换方向，以决定将道岔转换至定位还是反位。工作原理分析如下（以J1定位向反位转换为例）：

1）当操纵道岔由定位向反位转换时，使1DQJ吸 起，1DQJ励 磁 电 路 为：KZ24→YCJ21-22→DGJ31-32→1DQJ3-4线圈→2DQJ141-142→FCJ21-22→KF24；

2）1DQJ自闭电路为：KZ24→QDJ43-41→1DQJ1-2线圈→BHJ32-31→1DQJ32-31→KF24；

3）1DQJ吸起后，1DQJF随之吸起，1DQJF励磁电路为：KZ24→1DQJF1-4线圈→1DQJ32-31→KF24；

4）1DQJF吸起后接通2DQJ转极电路，其2DQJ励磁电路为：KZ24→1DQJF41-42→2DQJ2-1线圈→FCJ21- 22→KF24。

当室内1DQJ、1DQJF吸起，2DQJ转极后构成三相交流电动机电路。A、B、C三相动作电源经断路器进入断相保护器DBQ，以及1DQJ、1DQJF、2DQJ接点，由X1、X3、X4线向室外送电，电机开始转动，转辙机第三排接点断开，切断定位表示电路，接通第四排接点，其电路分别如下：

1）A相启动电回路：A相→RD1→DBQ11-21→1DQJ12-11→X1→电动机U1；

2）B相启动电回路：B相→RD2→DBQ31-41→1DQJF12-11→2DQJ111-113→X4→转辙机接点11-12→遮断开关K03-04→电动机W1；

3）C相启动电回路：C相→RD3→DBQ51-61→1DQJF22-21→2DQJ121-123→X3→转辙机接点13-14→遮断开关K02-01→电动机V1。

2.2 道岔表示电路

道岔由定位转换至反位，反位表示接点接通道岔表示电路：

1）BD1-7/II-3→R1→1DQJ23-21→2DQJ131-133→FBJ1-4→X5→转辙机接点器41-42→K04-03→电动机绕组W1→电动机绕组U1→X1→1DQJ11-13→BD1-7/II-4；

2）BD1-7/II-3→R1→1DQJ23-21→2DQJ131-133→1DQJF23-21→2DQJ121-123→X3→转辙机接点23-24→转辙机接点45-46→二极管8-7→自动开闭器26-25→电动机绕组V1→电动机绕组U1→X1→1DQJ11-13→BD1-7/II-4。

3 目前ZDJ9道岔控制电路存在的问题

ZDJ9道岔控制电路存在2DQJ继电器第一、二组加强接点拉弧灼烧氧化，产生接点接触不良的现象，因2DQJ第一组前接点与第二组后接点为表示共用接点，接点氧化导致道岔失表故障；现场调阅信号集中监测系统动作电流曲线发现：道岔启动最高瞬间峰值电流能达到6 A。

道岔表示二极管采用两并三串结构，额定电流3 A ，反向耐压大于1 000 V。经比对：道岔启动的瞬间峰值电流约为道岔表示二极管额定电流的2倍。证明道岔启动时接通的瞬间启动电流太大，道岔表示二极管存在被瞬间启动电流击穿的风险，导致道岔失表故障。

3.1 道岔由定位向反位转换

道岔由定位向反位转换时，在1DQJ、1DQJF励磁后，B相电启动电回路通过2DQJ第一组后接点与定位表示回路构成启动电回路，如图1所示。在2DQJ转极时，2DQJ第一组前接点处于带电状态，所以接点转极分离时，会产生拉弧现象。道岔表示二极管与A相电启动电回路、B相电启动电回路构成闭合回路，存在被击穿的风险。C相电启动电回路由于41-42接点断开没有构成回路，所以2DQJ第二组前接点动作时没有拉弧现象。

图1 道岔反操时启动电通过表示回路形成回路Fig.1 When the switch is operated to the reverse position, the starting power passes through the indication circuit to form a circuit

3.2 道岔由反位向定位转换

道岔由反位向定位转换时，在1DQJ、1DQJF励磁后，C相电启动电回路通过2DQJ第二组后接点与反位表示回路构成启动电回路，如图2所示。在2DQJ转极时，2DQJ第二组后接点处于带电状态，所以接点转极分离时，会产生拉弧现象。道岔表示二极管与A相电启动电回路、C相电启动电回路构成闭合回路，存在被击穿的风险。B相电启动电回路由于11-12接点断开没有构成回路，所以2DQJ第一组后接点没有拉弧现象。

图2 道岔定操时启动电通过表示回路形成回路Fig.2 When the switch is operated to the normal position, the starting power passes through the indication circuit to form a circuit

通过上述分析，可以得出当前道岔电路存在以下问题：在道岔操纵时，1DQJ、1DQJF及2DQJ存在动作时差，2DQJ的转极条件为1DQJF吸起，在2DQJ转极前这个时间，两相动作电通过2DQJ接点形成了一个回路，导致二极管存在被击穿的风险；2DQJ带电转极动作，易产生拉弧现象。

4 ZDJ9道岔控制电路优化改进方案

道岔失表故障会导致列车不能折返，大量乘客滞留车站，严重影响市民乘车体验。针对现有技术存在的上述缺陷，故对ZDJ9道岔控制电路进行优化研究，来防止2DQJ继电器拉弧、二极管击穿的风险，避免道岔失表故障。

道岔由反位向定位转换时，A、C两相启动电回路通过X1端子、X3端子构成回路；道岔由定位向反位转换时，A、B两相启动电回路通过X1端子、X2端子构成回路，其中共用部分为X1端子→U1线圈→V1线圈→D14端子→35接点。并且闭合回路构成的时机是1DQJ和1DQJF吸起，2DQJ还未转极之前（其时长约为0.07～0.12 s），因此在1DQJF吸起之前断开闭合回路将表示电路与启动电路隔离，继电器动作顺序为：1DQJ↑→1DQJF、1DQJF'↑→2DQJ转极，即在室内道岔JDF组合增加一台1DQJF'继电器，并在转辙机D14端子→35接点之间加入一组室内新增1DQJF'接点，实现表示电路和启动电路隔离。具体方法如下。

1）室内部分

a.在既有室内道岔JDF组合空位新增加一台1DQJF'继电器，继电器类型选用JWJXC-480。将X1使用1DQJ第一组接点修改为1DQJF'第一组接点，如图3所示。

图3 改用1DQJF＇电路Fig.3 The original circuit diagram has been changed to 1DQJF' circuit diagram

即A相启动电回路修改为：A相→RD1→DBQ11-21→1DQJF'12-11→X1→电动机U1。

b.新增室内1DQJF'继电器与既有1DQJ继电器第一组接点相连，构成1DQJF'励磁电路，如图4所示。

图4 1DQJF＇励磁电路Fig.4 1DQJF' energizing circuit diagram

即新增1DQJF＇励磁电路为：KZ24→1DQJF＇1-4线圈→1DQJ12-11→KF24。

2）室外部分

a.新增转辙机端子D15，拆除既有转辙机端子D14与第三排接点35间连线。

b.通过室外箱盒、防雷分线柜、组合柜等用电缆将室内新增1DQJF'继电器第二组中接点和后接点分别接至转辙机D14和35，如图5所示。

图5 优化后道岔控制电路Fig.5 Optimized switch control circuit diagram

即表示电路共用部分修改为：X1端子→U1线圈→V1线圈→端子D14→X10→1DQJF'21-23→X9→端子D15→接点35。

5 优化前后试验对比

为对优化道岔控制电路进行验证，在青岛地铁3号线安顺车辆段培训中心进行相关试验。

1）用示波器在优化道岔控制电路二极管两端进行测试。经多次定操、反操试验未发现有交流电380 V半波流过二极管。

2）对比优化道岔控制电路与既有道岔控制电路2DQJ继电器接点拉弧的情况。分别采用2组ZDJ9转辙机，一组采用既有道岔控制电路，另外一组采用优化道岔控制电路。每天模拟3号线青岛北站折返道岔动作次数，同时操纵两组道岔，截止目前已有6个月时间。经对比发现：每次动作时，既有道岔控制电路2DQJ继电器接点拉弧现象非常明显，且2DQJ继电器接点出现灼烧变黑情况，而优化道岔控制电路2DQJ继电器接点光亮如新，且2DQJ继电器转极时，无拉弧现象。

6 结语

针对现有技术的缺陷，研制新型道岔控制电路，提出表示电路和启动电路隔离技术。将表示电路与启动电路隔离开来，保证了在操纵道岔时启动电不会通过表示回路构成回路，解决2DQJ继电器接点拉弧灼烧氧化及道岔表示二极管被击穿问题，降低道岔设备故障率，提升设备安全可靠程度，减少停车、晚点而造成的经济损失、舆情问题为目的。

该道岔控制电路优化方法施工简单便捷，实用性强，能够有效的提高2DQJ继电器的使用寿命，既适用于城市轨道交通，又适用于高速和普速铁路，在新建线路上可以直接利用，可推广性强，有助于更好的保障行车安全和提高行车效率。