新一代安全型道岔控制電路研制

陳 杰，任哲宗，王 茜，于 壯，王炳乾

（青島地鐵運營有限公司，山東青島 266000）

青島地鐵3號線正線道岔采用ZDJ9交流轉轍機雙機牽引方式。日常發現，道岔頻繁轉動會造成2DQJ繼電器加強接點出現拉弧灼燒氧化、接觸不良的現象，道岔表示二極管存在被瞬間啟動電流擊穿損壞的現象，進而導致道岔電路無法接通，導致道岔失表故障。針對現有技術存在的上述缺陷，對ZDJ9道岔控制電路進行優化研究，防止2DQJ拉弧、二極管擊穿的風險，提高道岔設備的整體可靠性。

1 ZDJ9道岔控制電路組成

ZDJ9交流轉轍機采用三相交流五線制道岔控制電路，分為道岔表示電路和道岔啟動電路兩部分。其中道岔啟動電路是動作轉轍機、轉換道岔的電路，道岔表示電路是反映道岔位置的電路。

道岔控制電路主要由室內繼電器組合（道岔JDD組合、道岔JDF組合）、防雷分線柜、室外電纜盒（HZ24）和轉轍機（ZDJ9）相連組成。其中室內部分主要包含表示變壓器(BD1-7)、允許操作道岔繼電器（YCJ）、一啟動繼電器（1DQJ）、二啟動繼電器（2DQJ）、一啟動復示繼電器（1DQJF）、道岔定位操縱繼電器(DCJ)、道岔反位操縱繼電器（FCJ）、道岔定位表示繼電器（DBJ）、道岔反位表示繼電器（FBJ）、斷相保護器（DBQ）、道岔保護繼電器（BHJ）、切斷道岔啟動繼電器（QDJ）、阻容盒（RC）和熔斷器（RD x）等設備組成。

2 ZDJ9道岔控制電路原理

2.1 道岔啟動電路

ZDJ9道岔控制電路，采用分級控制方式控制道岔轉換，其中X1通過1DQJ繼電器前接點接至A相，由1DQJ繼電器檢查聯鎖條件，符合要求后接通1DQJ勵磁電路；X2、X4通過2DQJ繼電器接點區分定、反位，接至B相；X3、X5通過2DQJ接點區分定、反位，接至C相，由2DQJ繼電器控制交流電機的轉換方向，以決定將道岔轉換至定位還是反位。工作原理分析如下（以J1定位向反位轉換為例）：

1）當操縱道岔由定位向反位轉換時，使1DQJ吸 起，1DQJ勵 磁 電 路 為：KZ24→YCJ21-22→DGJ31-32→1DQJ3-4線圈→2DQJ141-142→FCJ21-22→KF24；

2）1DQJ自閉電路為：KZ24→QDJ43-41→1DQJ1-2線圈→BHJ32-31→1DQJ32-31→KF24；

3）1DQJ吸起后，1DQJF隨之吸起，1DQJF勵磁電路為：KZ24→1DQJF1-4線圈→1DQJ32-31→KF24；

4）1DQJF吸起后接通2DQJ轉極電路，其2DQJ勵磁電路為：KZ24→1DQJF41-42→2DQJ2-1線圈→FCJ21- 22→KF24。

當室內1DQJ、1DQJF吸起，2DQJ轉極后構成三相交流電動機電路。A、B、C三相動作電源經斷路器進入斷相保護器DBQ，以及1DQJ、1DQJF、2DQJ接點，由X1、X3、X4線向室外送電，電機開始轉動，轉轍機第三排接點斷開，切斷定位表示電路，接通第四排接點，其電路分別如下：

1）A相啟動電回路：A相→RD1→DBQ11-21→1DQJ12-11→X1→電動機U1；

2）B相啟動電回路：B相→RD2→DBQ31-41→1DQJF12-11→2DQJ111-113→X4→轉轍機接點11-12→遮斷開關K03-04→電動機W1；

3）C相啟動電回路：C相→RD3→DBQ51-61→1DQJF22-21→2DQJ121-123→X3→轉轍機接點13-14→遮斷開關K02-01→電動機V1。

2.2 道岔表示電路

道岔由定位轉換至反位，反位表示接點接通道岔表示電路：

1）BD1-7/II-3→R1→1DQJ23-21→2DQJ131-133→FBJ1-4→X5→轉轍機接點器41-42→K04-03→電動機繞組W1→電動機繞組U1→X1→1DQJ11-13→BD1-7/II-4；

2）BD1-7/II-3→R1→1DQJ23-21→2DQJ131-133→1DQJF23-21→2DQJ121-123→X3→轉轍機接點23-24→轉轍機接點45-46→二極管8-7→自動開閉器26-25→電動機繞組V1→電動機繞組U1→X1→1DQJ11-13→BD1-7/II-4。

3 目前ZDJ9道岔控制電路存在的問題

ZDJ9道岔控制電路存在2DQJ繼電器第一、二組加強接點拉弧灼燒氧化，產生接點接觸不良的現象，因2DQJ第一組前接點與第二組后接點為表示共用接點，接點氧化導致道岔失表故障；現場調閱信號集中監測系統動作電流曲線發現：道岔啟動最高瞬間峰值電流能達到6 A。

道岔表示二極管采用兩并三串結構，額定電流3 A ，反向耐壓大于1 000 V。經比對：道岔啟動的瞬間峰值電流約為道岔表示二極管額定電流的2倍。證明道岔啟動時接通的瞬間啟動電流太大，道岔表示二極管存在被瞬間啟動電流擊穿的風險，導致道岔失表故障。

3.1 道岔由定位向反位轉換

道岔由定位向反位轉換時，在1DQJ、1DQJF勵磁后，B相電啟動電回路通過2DQJ第一組后接點與定位表示回路構成啟動電回路，如圖1所示。在2DQJ轉極時，2DQJ第一組前接點處于帶電狀態，所以接點轉極分離時，會產生拉弧現象。道岔表示二極管與A相電啟動電回路、B相電啟動電回路構成閉合回路，存在被擊穿的風險。C相電啟動電回路由于41-42接點斷開沒有構成回路，所以2DQJ第二組前接點動作時沒有拉弧現象。

圖1 道岔反操時啟動電通過表示回路形成回路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 道岔由反位向定位轉換

道岔由反位向定位轉換時，在1DQJ、1DQJF勵磁后，C相電啟動電回路通過2DQJ第二組后接點與反位表示回路構成啟動電回路，如圖2所示。在2DQJ轉極時，2DQJ第二組后接點處于帶電狀態，所以接點轉極分離時，會產生拉弧現象。道岔表示二極管與A相電啟動電回路、C相電啟動電回路構成閉合回路，存在被擊穿的風險。B相電啟動電回路由于11-12接點斷開沒有構成回路，所以2DQJ第一組后接點沒有拉弧現象。

圖2 道岔定操時啟動電通過表示回路形成回路Fig.2 When the switch is operated to the normal position, the starting power passes through the indication circuit to form a circuit

通過上述分析，可以得出當前道岔電路存在以下問題：在道岔操縱時，1DQJ、1DQJF及2DQJ存在動作時差，2DQJ的轉極條件為1DQJF吸起，在2DQJ轉極前這個時間，兩相動作電通過2DQJ接點形成了一個回路，導致二極管存在被擊穿的風險；2DQJ帶電轉極動作，易產生拉弧現象。

4 ZDJ9道岔控制電路優化改進方案

道岔失表故障會導致列車不能折返，大量乘客滯留車站，嚴重影響市民乘車體驗。針對現有技術存在的上述缺陷，故對ZDJ9道岔控制電路進行優化研究，來防止2DQJ繼電器拉弧、二極管擊穿的風險，避免道岔失表故障。

道岔由反位向定位轉換時，A、C兩相啟動電回路通過X1端子、X3端子構成回路；道岔由定位向反位轉換時，A、B兩相啟動電回路通過X1端子、X2端子構成回路，其中共用部分為X1端子→U1線圈→V1線圈→D14端子→35接點。并且閉合回路構成的時機是1DQJ和1DQJF吸起，2DQJ還未轉極之前（其時長約為0.07～0.12 s），因此在1DQJF吸起之前斷開閉合回路將表示電路與啟動電路隔離，繼電器動作順序為：1DQJ↑→1DQJF、1DQJF'↑→2DQJ轉極，即在室內道岔JDF組合增加一臺1DQJF'繼電器，并在轉轍機D14端子→35接點之間加入一組室內新增1DQJF'接點，實現表示電路和啟動電路隔離。具體方法如下。

1）室內部分

a.在既有室內道岔JDF組合空位新增加一臺1DQJF'繼電器，繼電器類型選用JWJXC-480。將X1使用1DQJ第一組接點修改為1DQJF'第一組接點，如圖3所示。

圖3 改用1DQJF＇電路Fig.3 The original circuit diagram has been changed to 1DQJF' circuit diagram

即A相啟動電回路修改為：A相→RD1→DBQ11-21→1DQJF'12-11→X1→電動機U1。

b.新增室內1DQJF'繼電器與既有1DQJ繼電器第一組接點相連，構成1DQJF'勵磁電路，如圖4所示。

圖4 1DQJF＇勵磁電路Fig.4 1DQJF' energizing circuit diagram

即新增1DQJF＇勵磁電路為：KZ24→1DQJF＇1-4線圈→1DQJ12-11→KF24。

2）室外部分

a.新增轉轍機端子D15，拆除既有轉轍機端子D14與第三排接點35間連線。

b.通過室外箱盒、防雷分線柜、組合柜等用電纜將室內新增1DQJF'繼電器第二組中接點和后接點分別接至轉轍機D14和35，如圖5所示。

圖5 優化后道岔控制電路Fig.5 Optimized switch control circuit diagram

即表示電路共用部分修改為：X1端子→U1線圈→V1線圈→端子D14→X10→1DQJF'21-23→X9→端子D15→接點35。

5 優化前后試驗對比

為對優化道岔控制電路進行驗證，在青島地鐵3號線安順車輛段培訓中心進行相關試驗。

1）用示波器在優化道岔控制電路二極管兩端進行測試。經多次定操、反操試驗未發現有交流電380 V半波流過二極管。

2）對比優化道岔控制電路與既有道岔控制電路2DQJ繼電器接點拉弧的情況。分別采用2組ZDJ9轉轍機，一組采用既有道岔控制電路，另外一組采用優化道岔控制電路。每天模擬3號線青島北站折返道岔動作次數，同時操縱兩組道岔，截止目前已有6個月時間。經對比發現：每次動作時，既有道岔控制電路2DQJ繼電器接點拉弧現象非常明顯，且2DQJ繼電器接點出現灼燒變黑情況，而優化道岔控制電路2DQJ繼電器接點光亮如新，且2DQJ繼電器轉極時，無拉弧現象。

6 結語

針對現有技術的缺陷，研制新型道岔控制電路，提出表示電路和啟動電路隔離技術。將表示電路與啟動電路隔離開來，保證了在操縱道岔時啟動電不會通過表示回路構成回路，解決2DQJ繼電器接點拉弧灼燒氧化及道岔表示二極管被擊穿問題，降低道岔設備故障率，提升設備安全可靠程度，減少停車、晚點而造成的經濟損失、輿情問題為目的。

該道岔控制電路優化方法施工簡單便捷，實用性強，能夠有效的提高2DQJ繼電器的使用壽命，既適用于城市軌道交通，又適用于高速和普速鐵路，在新建線路上可以直接利用，可推廣性強，有助于更好的保障行車安全和提高行車效率。