车站短路器(NK11)_改造.doc

车站短路器的改造1、概况：上海地铁列车的动力电源是由接触网+1500VDC和不接地钢轨0V供给的。车站内的车站短路器柜即NK11柜，它的作用是：当地铁列车在行驶时侯由于动力车箱内电气设备在运行时有时会产生漏电现象，此时钢轨的回流电阻如果偏大，车箱外壳的对地电位会升高，人在车箱内与钢轨电位的电位（车箱外壳通过轮子与钢轨有接触）处于等电位状态，人不觉得有触电的感觉，一旦进入车站打开车门人若跨步出去，这时车箱与站台之间就会产生跨步电压，就会造成触电事故、危及乘客的人身安全。因此我们上海地铁的每个车站内都设有车站短路器，当钢轨的对地电位等于+92V时在0.24秒后车站短路器动作，它具有反时限特性，当钢轨的对地电位等于+105V时，车站短路器即时动作且自锁。牵引供电系统利用钢轨作回流。钢轨与大地之间的用橡胶作绝缘处理。机车牵引时的回流，将会引起钢轨对地电位变化，轨道电位升高时将危及乘客的人身安全。为此，为了监视轨道电位，限制轨道电位的升高，显得尤为重要。车站短路器的作用就是监视轨道电位，消除过高的轨道对地电位差。地铁沿线各车站安装的车站短路器安装位置要求靠近车站。一般离站台100米以内，特殊情况离站台不大于200米（如停车场）。不宜离站台太远，以免影响其作用的发挥。同时它也是牵引站内电压型保护的前级保护。2、改进前的工作流程和电路设计：电路由输入电压采样、测试、主接触器线圈失电一阶段、主接触器线圈失电二阶段闭锁等部分组成。其主要部件是。输入部分是由二根分别接于轨道与大地的电缆引入。在二根电缆之间安装了一个主接触器。电压采样小线也分别接于倆根电缆之间，整流部分是将输入的测试交流信号无论直流、交流经（F03）整流后，使得电压继电器（F02）的工作电压是直流且正负极性恒定。驱动部分由二个电压继电器和一个延时继电器组成。电压继电器，延时继电器的定值都可以调整。测试回路由分压电阻整流电路组成，整流电路将交流电源整流成直流电，供可调整的分电阻分压后，加到电压继电器上模拟轨道电位数值，检查其工作情况。工作情况及动作值，当轨道对地电位升高到92伏时，电压继电器F02，0.24秒后其常开触点闭合、K1继电器得电、主接触器K0线圈失电主触头闭合，将轨道与大地相连接。消除轨道对地电位差，同时计时，10秒内，主接触器K0线圈得电主触头分离，使轨道与大地隔离。这种动作称第为动作一阶段。当轨道电位上升到105伏时，电压继电器F02即时动作，主接触器K0线圈失电主触头闭合，轨道与大地相连接消除轨道对地电位差，此时，主接触器K0线圈失电主触头始终处于闭合状态，轨道与大地也始终处于短接状态，这种动作称第二步动作二阶段。二阶段动作后，必须由值班员按复位按钮（S1）使主接触器K0线圈得电主触头分离，恢复到原来正常的工作状态。车站短路器工作原理：合上电源开关F1，此时，K8得电（红、绿灯亮），二次回路继电器k9得电、自检脉冲定时器K10得电（绿灯亮）主接触器K0线圈。其功能通过220V/AC交流电经桥式整流后得电，其串在轨道与大地之间的辅助触点打开，有检测与测量两部分：检测：分手动与自动手动检测：按面板测试按钮S2，K21、K20继电器得电，使电压保护继电器F02脱离轨道与大地，直接于220V/AC电源，经F03半波整流后送F02线圈，F02线圈得电，其辅助触点(11)、(12)两脚接通，电压继电器-K1，瞬时得电，并使继电器K3得电，时间继电器K4、K5、K6得电，K1、K3得电后使主接触器K0线圈失电，轨道和大地短接得电，面板报警灯亮，由于K4得电后其常闭触点(15)、(16)脚常闭触点需延时十秒后才能打开。因此K3得电后自保，十秒后才失电，使主接触器K0失电十秒，轨道与大地短接十秒钟，然后主接触器K0重新得电。自动检测：自动脉冲定时器K10每45分钟发一次脉冲，其辅助触点（25）、（28）接通，、接通，使K11得电且延时3秒，K2.0、K2.1继电器得电，电压保护继电器F02脱离轨道与大地，直接接于220V/AC电源，经F03半波整流后送F02线圈，F02得电后，其辅助触点(11)、(12)两脚接通，因K10、(15)、(18)脚接通，则时间继电器K12得电。测量：当轨道电路大于92V时，电压保护继电器F02得电0.24秒后，其辅助触点、脚接通，K1瞬时得电，使继电器K3得电，时间继电器K4、K5、K6得电，主接触器K0失电，使轨道和大地短接放电，面板报警灯亮，由于K4得电后其(15)、(16)脚常闭触点需延时10秒后才能打开，因此K3得电后自保10秒后才失电,使K0失电10秒,中央信号屏报警，并显示轨道限位装置电源检测，轨道和大地短接10秒后，主接触器K0重新得电。当轨道与大地短接后10秒后其电位差不能消除，此时，F02重复记录过程，三次短接后，K6常开触点、延时30秒后闭合，则K6继电器自保，K6常开触点(25)、(28)脚闭合，K7继电器得电，中央信号屏报警，并显示轨道限位装置自锁，K7常开触点(13)、(14)脚闭合，K3继电器自保此时轨道与大地短接，要解除自锁需按面板复位按钮S1，K8脉冲继电器（15，18）点断开，使K6继电器失电K7失电K3失电。主接触器K0重新得电，其常闭触点K0(1)、(2)脚打开。轨道与大地断开。车站短路器柜内还有3只计数器，H2闭合计数器，主接触器K0动作一次，记一次数； H3闭锁计数器，即车站短路器闭锁一次则计数一次；H4二次线路故障计数器，工作电源220V/AC失压一次，记一次数。同时H2、H3、H4在每计一次数后都向车站的中央信号屏输送一次信号，这样我们的上级电力调度也能在第一时间知道车站短路器工作的实际情况。3、 改造前的电气图：F1 钢轨 K0 主电路接触器 P1 V 电压表 K2.0K2.0 F03K2.1K2.1 S2 F02K2.1 K2.1 自动检测K2.0 K2.0切换取样方式K0K11 K9二次线路电压 K10自检脉冲定时器(45分后发5秒延时) K11(3秒)K10 K1电压继电器K12检测 K10自测 F02 K12（5秒） K13K3K1 K0 K1 R2 K3 手动检测继电器 K9 K3K4 K7 K4时间继电器（10s）k3 K5(1.5s)K7K3 K6时间继电器（30s）K5 K6K0 S1 K13自检系统锁定继电器K11(1s)K12(1s) K13 K7报警继电器K6 K13 指示灯 K0 H2闭合计数器K3K8 H3闭锁计数器K7 H4二次线路故障计数器K9 S1K8脉冲继电器4、在使用中发现的缺陷1）、自95地铁一号线投入运营以来，由于我进地铁时间短，因此常常向与地铁的供电、牵引、环控、消防等设备、设施打了十几年的交道的老职工请教，在工作中时时做有心人也积累一些经验。随着时间的推移，许多设备已进入大修期或报废期限，因此，小故障的频率很高，一不小心会让小故障酿成大事故,车站短路器也是如此。地铁一号线上的车站短路器已报废几台。特别是在无人值班的纯降压站、停车场降压站、粉尘多环境差的地面站内的车站短路器柜，里面的双脉冲继电器、整流元器件因故障损坏严重，有的车站短路器一天动作十几次并时常自锁，维护工作量大，原有的备品备件早已用完,些双脉冲继电器、特殊规格的元器件市场上已没有买，特别是双脉冲继电器它是德国进口货价格奇高，其实我们地铁的所有车站短路器柜都是委托德国西门子公司设计制造的，一个车站短路器柜报价30多万元人民币。 2）、车站短路器柜内的所有的一、二次线上都没有套上线号管，对此设备不熟悉者、或过一段时间再来修理者带来了许多不必要的麻烦，况且这与故障的快速排除原则是相违背的，同时也为广大值班运行职工在短时间内掌握和判别故障原因造成直接麻烦。 3）、车站短路器内的三只计数器都在柜内，这样值班抄表人员带来方便。如能在柜门上按上一个小型液晶显示屏或小型触摸屏，把计数器最好把其移到柜门上、主接触器动作电压电流值、随时显示的电压（原面板上的电表）、复位按钮、测试按钮统统包括进去的话更佳。再者，有些站点环境差，在柜门上应装防尘条等。5、改进的思路 由于在实际的使用和维护中存在着以上诸多不足之处，我向主部门提出了以下几点改进并得到了主部门的同意： 1）、除主接触器K0、继电器K1、K3、K13、K20、K2.1、F1小开关、柜面电压表、测试按钮、复位按钮及一只指标灯、部分端子排利用以外其余统统不要。 2）、用三菱可编程控器来代替原本的双脉冲继电器、定时器、部分中间继电器、计数器，三菱可编程控器的选型为FX224MR； 将三菱的FX4AD模数转换模块替代原来的F02电压延时继电器；增加二个54P、AC220V的中间继电器供主接触器K0线圈拖动和车站短路器故障信号送中央信号屏；再增加一个输入分别为交流250ACV和直流300DCV输出为直流010V的电压跟随器；将H1、H2至短路器柜面板电压表、按钮的稍下方中间处。3）、改进后的电压采程序（部分）：以上的K2500，K4000为对地92V和105V的整定值。4）、改进后的电气原理图及三菱可编程控器FX224MR、FX4AD模数转换模块的接线图，以及部分工能指令的说明。6、改进后的电气原理图： L F1 L1 N 钢轨 -0V K0 主电路接触器 E 1V 2 电压表 K2.0K2.0 电压跟随器 K2.1K2.1 COMV+(0/10vDC) 至Fx4AD模块1通道 K0桥堆 K13K3 K1 K0 R2 7、流程图1）、正常时自动巡检的流程： 2）、测试的流程：正常时巡检主接触器吸合且进入自动巡检按S1但不超过10秒 T0 （延时4s）正常时巡检 M32柜面H1计数主接触器释放 T10 （延时45m）发信至中央信号屏S1释放主接触器吸合进入自动巡检3）、测试的流程： T0 （延时4s）正常时巡检按S1超过10秒 M16柜面H1计数主接触器释放正常时巡检发信至中央信号屏 T1 （延时10s）故障闭琐柜面H2计数按S1复位主接触器吸合进入自动巡检 T0 （延时4s）8、三菱可编程控器FX224MR接线图： F1 F X 2 / 2 4MR L1 L COM 1 NCR0等于K0 N Y00 独立接地K2.0 E Y01K2.1 COM Y02K1 +24V Y03PLC运行 RUN 30秒三次闭锁K0 X00 COM 2手动测试手动检测继电器K3 X01 Y04故障解除 （复位） 故障发信至信号屏K13 X02 Y05 X03 Y06失电发信至信号屏K9（CR1） X04 Y07 X05 X06 X07 COM 3主合闸计数器H2 X10 Y10故障计数器H3 X11 Y11电源故障计数器 H4 X12 Y12 X13 Y139、FX4AD模数转换模块接线图：FX-4ADPOWER CH2 CH1 READY CH3 CH4 OFFSET GAINFGFG 0V0.2ufCH1COMCOM CH41+1+10vV+V+COME1+ CH3接地EV+FG 来自PLC comCOM +1+ CH2 来自PLC +24+ V+10、PLC的内部继电器，内部定时器，内部计数器与原来继电器，双脉冲原延时继电器，计数器的比较及注释。T0T12防K2.0, K2.1在互相切时对的短路。T4相当原来的K4。T5相当原来的K5。T6相当原来的K6。T9T10相当原来的K10。T16T11相当原来的K11。11、FX-4A/D模块简介：(模/数转换模块)FX-4A/D输入功能模块有四条输入通道。输入通道接受模拟信号并将其转化为一个数值。这被称为A/D转换。FX-4A/D最大分辨力为12位。电压和电流的选择建立在输入/输出的基础上，它是根据使用者的接线而定的。模拟数值的范围可以在-10+10vDC(误差：5mv)，和420mA（误差：20A）中选择。FX PC2.0类型或者更晚的类型（那些有连续130000位数或更大）被需要，当这些设备的说明中有TO/FROM应用说明时。FX-4AD和FX基础设备之间的数据交换是通过缓冲寄存器转换。在FX-4AD中有32个缓冲寄存器（每个有16位）。FX-4AD在FX，FX2c展开式总线上占据了输入/输出的8个接触点，8个接触点可以配置在输入端或输出端上。FX-4AD从FX基础设备或有动力装置的延伸装置干线中的5v中抽取30mA。2端点布局 模拟输入是通过一个扭绞线对屏蔽电缆连接收到的。这根电缆应该被独立布线，离开输电线和任何其他的产生感应电、噪音的电线。 如果一个通道在输入时发生，或者在端点接线处有一个感应电，连接一个平缓的有0.1到0.47F,25V的电容器。 如果你正在使用输入电流，将V+和V-接触端相连。 如果有过度的电噪音，将FG框架地面接触端和FX-4AD上的接地端相连接。 将FX-4AD设备上的靠近地面的接触端和基础设备上接地端。如果可以办到的话，使用在基础设备上的Class3接地。例二：a、在下的例子中，通道CH1和CH2时用作电压的输入。FX-4AD，模块连接在特殊作用模块No.0的位置上。平均值设为4，PC上的数据寄存器D0和D1接受平均过的数字数据。b、特殊作用模块在“0”位置的ID编码从那个模块的BFM#30中读出，并储存在基础设备的D4中。FX-4AD好比检查模块，如果可以，M1开始运行。用来进行一个模拟阅读，这两个程序步骤并不是必需的。然而它们是一个有用的检查并且被推荐为好的练习。c、通过输写H3300到FX-4AD中的BFM#0来设定模拟输入通道（CH1，CH2）。通过分别输写4到BFM#1和#2中，CH1和CH2的平均数字将被设为4。FX-4AD的运行状态可以从BFM#29和作为FX基础设备小器件的输出中读出。如果在FX-4AD的运行中没有错误，那么平均数据在BFM系列中可读出。在这个例子中BFM#5和#6被读进FX基础设备并被储存在D0和D1中。这些设备分别包括CH1和CH2的平均数据。d、 在一个设备中使用增加或减少，FX-4AD中的增减可以通过PC输入端上的按钮开关进行调整，也可以通过PC传输的软件设备进行调整。只有FX-4AD的记忆中的增减是需要被调整的。然而一个用于PC的程序是需要的。e以下是一个例子：将输入端CH1减值到0V和增值到2.5V。FX-4AD模块处在No.0的位置上。（就是最靠近FX基础设备的位置上）例：经过软件设备调整增/减 X010 SET M0 调整开始 M0 （H0000）BFM#0(复原输入通道) TO P K0 KO