ZDJ9 转辙机自动开闭器接点电阻阻值研究应用

章廷旭

（厦门轨道建设发展集团有限公司,福建 厦门 365100）

转辙机是重要的信号设备，负责转换道岔开通方向，锁闭道岔尖轨，反映道岔位置。其中，自动开闭器是转辙机反映尖轨的位置、控制电动机的重要部件，是转辙机频发故障的薄弱环节[1]。厦门地铁2019—2022年的故障统计如图1所示。

图1 厦门地铁转辙机故障统计（2019—2022年）

自动开闭器故障占比高，将导致道岔失表、四开，威胁列车运行安全。当前自动开闭器的故障主要原因为设备磨耗和检修不当[2]。以厦门地铁现维保标准为例，发现自动开闭器维护存在以下问题。

（1）检修问题：①检修标准缺乏依据，检修效率低下；②过度修或检修不当导致设备可靠性降低；③检修流程不合理。

（2）监测问题：①对接点电阻缺乏监测点及监测指标，无法通过既有监测系统及时预警自动开闭器故障；②故障处置依赖经验值，缺乏动态分析。

针对上述问题，本文将科学制定接点电阻的检修标准阈值，并应用该电阻标准优化检修方式、检修流程，提供实时监测接点电阻状态的方法。

1 现有接点电阻检修方法分析

各厂家、地铁运营公司采用不同检测方式均能较好反映自动开闭器的状态。但各检测与更换方式也存在不同，各优缺点总结如下。

（1）定期更换：优点是保证自动开闭器接点使用，缺点是存在设备未达到寿命周期便提前更换，且无法对自动开闭器状态进行监测。

（2）压力测试：能保证接点接触的可靠性，缺点是间接实现接点接触可靠估计，需要采购压力测试仪器，无法对设备状态进行实时监测。

（3）接点电阻：能直接衡量触面电流导通情况，易于监测。但当前缺乏合理检修标准，国标标准适用于出厂检测，对检修难以匹配指导。例如，广州地铁采用的标准为30 Ω＜测试值＜100 Ω时须对其接点进行整治，但100 Ω电阻将导致三相电机无法运行。

因此，相较于其他方式接点电阻能直接反映导通情况，易于实时监测，具有应用可行性，需要针对检修标准缺乏参考阻值的问题进行细化分析，以匹配现场设备检修。

2 检修标准制定

为实现对检修质量的控制，本文将自动开闭器检修标准划分为三级。

（1）检修标准：即检修后应达到的预期阻值。

（2）整治阈值：阻值在该范围内，代表设备处于理想状态；阻值不在该范围内，应当进行维修，也是设备故障状态的预警阈值。

（3）更换阈值：超过该阻值，表明设备处于故障状态，且该阻值接点损坏较严重，需要进行更换。

2.1 接点电阻最大值分析

接点电阻最大值是考虑最不利因素下的故障临界阻值，ZDJ9型转辙机为三相五线制电路[3]，五条线分别为X1、X2、X3、X4、X5，由X1、X2、X4形成定位表示，X1、X3、X5形成反位表示，由X1、X2、X5驱动电机定操，由X1、X3、X4驱动电机反操。由自动开闭器各接点控制线路的切换与通断，其中23-24、45-46、25-26等接点影响了表示继电器的电气特性与时间特性，11-12、13-14、K01-K02等接点控制了三相电机的动作功率。为保证道岔的正常运转，将分为三个特性讨论接点电阻产生的影响。

2.1.1 接点电阻电气特性分析

接点电阻电气特性良好，需要保障继电器满足最小工作电压。ZDJ9定反位表示采用JPXC-1000型继电器[4]，内阻 Ω，最小工作电压 V。根据计算，确定接点电阻与继电器两端电压的函数关系如式（1）、式（2）所示。

以定表为例，式中x1为二极管支路接点电阻，x2为继电器支路接点电阻。x1、x2与UDBJ呈反比关系，电阻越大，电压越小。当继电器两端电压UDBJ达到工作值时，得到最大二极管支路电阻约x1=276.11 Ω，最大继电器支路电阻约x2=477.82 Ω。

2.1.2 接点电阻功率特性分析

利用滑动变阻器进行道岔操动实验。在双机控制的岔中，J1在启动电路接入滑动变阻器进行实验，J2保持正常，如图2所示。

图2 滑动变阻器功率测试现场图

随滑动变阻器电阻增加，模拟启动电路自动开闭器接触电阻上升，转辙机操动情况如表1所示。

表1 功率测试现象表

0 Ω～50 Ω的电阻转辙机能够正常平顺地执行解锁转换锁闭的过程。75 Ω时，道岔出现2 mm～4 mm检查无法锁闭的情况，表明此时电机工作功率已经不足，将威胁行车安全。当电阻达到125 Ω时，因三相电不平衡被DBQ切断，J1无法转换。

2.2 接点电阻理想条件分析

理想状态是确定整治阈值的标准，在该范围内的电阻将不对继电器特性以及转辙机操动造成任何负面影响。采用Multisim构建仿真电路，利用示波器在继电器支路监测直流电流。虽然JPXC-1000继电器线圈感抗强，但由于是半波整流形成的直流电流，示波器仍然观测到波动。如果其瞬时值达到负值，将使继电器线圈的励磁效果受影响。因此，在理想状态下电流波形应当为瞬时电流全部大于0 A的波形。

二极管支路接入电阻测试，结果如图3所示。

图3 二极管支路接点电阻变化的电流波形图

由图3可知，当接点电阻R为0 Ω时，电流瞬时值均大于0 A；当R为50 Ω时，电流瞬时值的极小值约等于0 A。当R大于50 Ω时，电流瞬时值为负值。

继电器支路接入电阻测试，结果如图4所示。

图4 继电器支路接点电阻变化的电流波形图

当接点电阻R为100 Ω时，电流瞬时值极小值略大于0 A；当R为200 Ω，电流瞬时值极小值约等于0 A；当R为300 Ω，电流瞬时值极小值小于0 A。

因此，继电器支路电阻变化引起工作电流变化的灵敏度要小于二极管支路，侧面验证了继电器支路与二极管支路计算得出函数关系结果的准确性。

2.3 接点电阻检修标准分级制定

三级检修标准根据国标和设备的理想状态临界值与故障状态临界值确定。出于对设备可靠性考虑，应留有足够的安全裕量基于设备冗余以及预警的空间，通常带有二极管或晶闸管的线路额定电流一般留有1.5～2倍安全裕量[5]。本研究设定1.5倍安全裕量，阈值出现小数则为方便测量与记忆进行向下取整，如表2所示。

表2 接点电阻分级标准表

此标准要求调整清洁与打入深度后静态接触电阻≤3 Ω，30 Ω＜测试值＜50 Ω，该阈值内需对其接点进行整治，当测试值≥50 Ω，该电阻下接点通常伴随变形或者严重磨损，应对动接点进行更换。

3 接点电阻检修及监测方法优化

3.1 接点电阻检修方式调整

当前厦门地铁对于自动开闭器的检修是结合月检开展的计划修。由于杆件阻挡只能检修、清洁1-3或2-4两组静接点片和一组动接点组，对另一组进行检修需要再操动道岔，维修效率较低。对于道岔的过度擦拭清洁，将会增加接点磨损甚至导致接点形变使接点压力产生变化，降低接点的寿命。

状态修是指根据设备的现状而进行必要的维修。针对检测项目，自动开闭器的检修项目可以分为检测类、调整类、维护类。针对检测类项目维持计划修进行检测，对于调整类、维护类项目则根据检测得到的设备状况进行状态修，避免出现过度修状况。具体调整如表3所示。

表3 自动开闭器检修项目调整表

3.2 接点电阻检修流程优化

当前自动开闭器的检修顺序为：触面清洁→挡环或开口销检查→打入深度调整→自动开闭器各摩擦转动部位润滑→透光检查→作业结束。调整的过程遵循以下几点考量。

（1）使用润滑喷雾可能导致沾染油污，测量电阻在涂油之后，以检验作业后触面的清洁程度。

（2）在清洁过程中擦拭动作可能导致接点片形变，透光检查和接点密贴调整放在完成清洁后进行。

（3）标准建立后，在接点检修过程中加入电阻测量工作，先检后修，避免过度修额外增加接点磨损与形变。加入测量电阻顺序为：挡环或开口销检查→打入深度调整→自动开闭器各摩擦转动部位润滑→电阻测量→触面清洁→透光检查→接点密贴调整→接点压力调整→开闭器保护罩盖紧→作业结束。

3.3 接点电阻监测方法应用

当前厦门地铁对自动开闭器电阻监测，主要是使用万用表配合检修测量。在实际生产中，MSS系统是监测信号设备的主要参考，可实现对表示电压以及电流曲线的实时监测，采样点如图5所示。

图5 三相交流互感器监测位置示意

（1）直流电压监测

直流电压监测可以直接反映表示继电器两端电压，ΔUDBJ通常在21 V左右。代入整治阈值30 Ω，由于接点所处支路不同，将使电压差ΔUDBJ下降约0.5 V～1 V。因此若在MSS上发现直流定位自采电压下降至20 V以下，需要对自动开闭器进行检修。

（2）电路动作曲线监测

电流和功率曲线同样可以从侧面反映接点电阻的部分情况。使用滑动变阻器模拟接点电阻变化，电流曲线如图6所示。

图6 不同接点电阻的MSS电流监测曲线

在正常情况下，转辙机动作过程依次经过小台阶与2DQJ转的电流高峰，之后三相电均衡工作5 s～6 s，工作电流在2 A左右，随着自闭切断，1DQJ继电器缓放，进入约0.5 s小尾巴[6]。

随着接点阻值升高，接入相电流随之降低。当电阻达到50 Ω时，三相电表现出明显的不均衡。当电阻达到125 Ω时，被DBQ切断停止动作，道岔无法正常转换。该曲线与转辙机功率实验的现象吻合。

4 实例应用

根据接点电阻标准和调整措施，2022年8月1日开始厦门地铁每月进行1、2、3号线折返站36组道岔自动开闭器接点电阻测试，结果如表4所示。

表4 自动开闭器接点电阻测试记录表

在厦门地铁的3条正线及其场段，对上述存在电阻偏大的接点开始进行整改测试，并比较整改前测试数据和整改后数据。在整改后进行为期12个月的观察，经整改后的测试数据应小于3 Ω，并且接点接触无透光，在周期内不再发生因接点组导致的故障。

应用测试接点电阻的方法有效提升了道岔的可靠性与安全性，从2022年的3起，自动开闭器故障下降至0起，自动开闭器故障率下降100%，有效保障了运营安全。2023年上半年厦门地铁发生转辙机故障2起，转辙机月均故障率较2022年上半年同比下降75%，设备可靠性得到有效提升。

5 结论

自厦门地铁开通以来，自动开闭器导致的转辙机失表始终是信号设备的频发故障。本研究针对自动开闭器接点阻值展开深入分析，综合考虑各项性能指标，量化接点电阻对转辙机运转的影响，提供了转辙机检修接点电阻的合理参考，并应用该参考标准，优化了自动开闭器检修方式，确定了接点阻值的监测方法，有效控制了信号设备质量，提升了设备的可靠性。