赛雪龙UR6型高速断路器在城轨车辆的使用及维护

赛雪龙UR6型高速断路器在城轨车辆的使用及维护摘要：本文介绍了城轨车辆中广泛使用的UR6型高速断路器的结构和工作原理，分析了其在车辆电路中工作原理，介绍具体检查与维护的方法，为城轨车辆高速断路器检修提供参考。关键词：城轨车辆UR6使用维护1前言高速断路器主要用于城市轨道交通车辆上，是车辆主电路系统的总开关和保护电器。当高速断路器闭合时，车辆牵引逆变器从接触网（或第三轨）获取电源，得以投入工作；主电路故障保护功能：当主电路出现严重故障(如主电路电器部件故障、网压或直流电压过压、直流侧电流过流、主电路接地、110V控制电源失电等)时，传动控制单元（DCU）控制高速断路器断开，以实现主电路的故障保护。同时高速断路器能对检测出的过电流进行快速响应，以实现主电路短路瞬时保护。目前赛雪龙公司的UR6系列高速断路器较多的应用于城轨车辆上。唐车公司生产的福州1号线、厦门1号线、石家庄1号线、天津5号线均采用UR6-32TD高速断路器，近期正在生产的福州6号线车辆使用的是UR10-32TD系列高速断路器。，其中UR10为UR6的后续替代产品，其原理及维护相似。以福州地铁1号线高速断路器为例，其部件号为UR632TD-ZZZZZE1ECN1具体含义为额定工作电压为1800V，控制电压为110V，以电保持的方式保持闭合状态，脱扣范围为1.2kA-2.4kA，有两个触点为银的辅助触点。2UR6型高速断路器的结构及工作原理2.1主要构成UR6型高速断路器主要由固定绝缘框架、主回路、合闸装置、灭弧罩、脱扣装置、辅助触点组成，如图1所示。图1UR6-32型高速断路器主体结构图2.2工作原理UR6型高速断路器主要包括合闸、保持、控制分闸及脱扣分闸4种状态。列车控制电路下达合闸指令，驱动装置的线圈得电，在电磁力的作用下动静触头吸合完成高速断路器合闸动作，连通接触网与车辆主电路电器设备。主触头闭合后，高速断路器常开辅助触点将电阻串入回路，将保持电流限制在合闸电流的5%。列车牵引逆变器下达分闸指令，驱动装置的线圈失电，在弹簧反力的作用下动静触头断开完成高速断路器分闸动作，切断接触网与车辆主电路电器设备间的连接。高速断路器的脱扣分闸是指当电气线路发生主电路短路、主电路接地等严重故障时，由控制电路直接控制高速断器的合闸线圈失电，从而使高速断路器主触头断开，起到保护的作用。2.3高速断路器在车辆主电路中的使用城轨车辆中株洲时代电气的牵引系统中高速断路器安装于高压箱内箱内，每个高压箱配备两个高速断路器，Mp车和M车牵引逆变器从高压箱内高速断路器处获取供电。庞巴迪牵引系统中高速断路器安装于牵引高压箱内，每个牵引高压箱配置两个高速断路器，Mp车和M车牵引逆变模块从牵引高压箱内获取供电。以福州地铁1号线为例说明高速断路器的控制，如图2所示。图中HKB1为Mp车主断允许继电器，HBK2为Mp车合高速断路器继电器，R1为限流电阻。其中主断允许和合主断信号均由牵引逆变器给出，当牵引逆变器准备就绪后给出主断允许信号，HBK1闭合。HBK1闭合后其辅助触点反馈给牵引逆变器主断控制回路就绪，即图中Mp车主断线圈允许。后续Mp车合HB1信号给出，HBK2继电器闭合，由图可知高速断路器合闸线圈HB1得电，主断触头开始动作直至闭合。与此同时高速断路器的辅助触点将R1串入控制电路，高速断路器闭合信号反馈至牵引逆变器后Mp车合HB1信号撤销，合闸线圈电流变小约为合闸电流的5%，同时因在自持状态下电流小，使高速断路器分段速度加快。当发生故障需分断高速断路器时Mp车主断允许信号撤销即可实现高速断路器分断。图2UR6-32型高速断路器控制电路图3检查与维护3.1基本检查根据UR6系列高速断路器用户文件要求动静触头及引弧条检查周期为以情形：每18个月；1000次过载电流分断；2000次正常情况下带负载电流分断；10000次不带负载分断。动静触头更换标准为当触头烧蚀严重表面出现黑色斑点之时或W尺寸达到15/+0.5mm时。引弧条更换标准为当引弧角截面积达到其初始截面积（20x3mm2）的一半时。针对高速断路器的检查主要侧重于易于损坏的部件，如触头部分、灭弧装置及机械传动机构等。在更换高速断路器主触头时强制性检查灭弧罩。每当一次基本检查完成之后，对机械部件机械一次检查。3.2同型号高速断路器检修情况北京7号线与福州1号线牵引系统均为时代电气生产，高速断路器同为UR6系列产品。在7号线架修过程中对状态正常的主触头进行清洁检查，不做更换处理。其动静触头及引弧条在架修时状态如下图：图3引弧条状态图4触头状态实际运行中分断信号由牵引逆变器发出，牵引模块减载速度大于高断分断速度，当高断分断时牵引系统已减载，高速断路器分断电流为减载后电流。更多的情况是车辆在停车状态下进行高速断路器分断操作，实际分断电流极小。3.3检修流程及更换标准外观检查无碰伤、划伤、脱落、变形现象。线圈电阻检查使用直流电阻测试仪测量出电阻值。记录当时的环境温度，通过电阻换算公式；R20=Rt/{1+[0.003393*(t-20)]}换算出线圈在标准温度20℃时的电阻值。式中R20为换算为20℃时的电阻值，t为当时的环境温度，Rt为实际测量的电阻值。计算下限应为13.17Ω，上限应为14.43Ω。动作试验通过试验台实现对高速断路器的闭合分断，注意串入控制回路的限流电阻应为250Ω左右。测量闭合时间即线圈电压从0开始升高至主触头完全吸合时间，测量分断时间即线圈电压开始下降至主触头完全断开时间。判断标准为闭合时间上限150ms,分断时间为5～10ms。释放电压测试在额定电压情况下合上高速断路器，电压缓慢下调，测量触头断开时释放电压，标准为5.5～71.35V。接触面检查闭合高速断路器，使用复写纸和白纸得出接触面，测量触点宽度，标准为8～10mm。触头开距测量使用内径卡钳测量触头开距，使用游标卡尺读取开距。使用手指抵住主触头和卡钳一个脚，卡钳另一个脚在触头之间上下左右移动，距离最小时拿出卡钳。测试标准为14.5～16.5mm。脱扣试验合上高速断路器，在主触头上以200A/S的上升速度加大电流，测试高速断路器脱扣电流。压降测试闭合高速断路器，在主触头上加500A大电流，使用万用表测量主回路压降，标准为0～32.5mV。高速断路器的各零部件均有明确使用限度，制定该标准的前提是不影响高速断路器在列车行驶过程中的正常使用，又能最大限度地利用各零部件的使用寿命。对于高速断路器中最易损坏的动触头及静触头，规定当动静触头尺寸磨耗达到15mm时就需要进行更换。针对高速断路器中的灭弧装置，当引弧角截面积达到其初始截面积（20mm×3mm）的一半时可更换引弧角，当材料沉淀物造成灭弧栅板之间没有缝隙时可更换灭弧栅片。对于高速断路器中的驱动装置，每使用10万次可进行驱动装置的更换，每当满足下列条件之一时，便可对驱动装置中的易耗件（合闸线圈组件、动铁心组件、拔叉、分闸缓冲器、垫片等）进行更换：每工作5至7年，或者每使用10万次以上。而对于驱动装置中的其他部件，则在每使用20万次以后可进行更换。最后，对于高速断路器中的过电流脱扣器，则可在每1万次过电流分断后进行更换。3.4注意事项在对高速断路器进行维护及检修的过程中，需要遵循一些规章要求，以确保人员安全及设备安全。具体注意事项如下，断路器进行检查、维修和安装操作前，必须保证断路器电源的关闭和断路器的接地，在高压回路失电和装置没有可靠接地前，禁止接触断路器；受电弓必须降下；需要用到低压（直流）电源的部分控制装置，需依据安全操作规范进行操作；在进行安装、检查和维护时，保证远离正在进行分/合闸操作的断路器运动部件；没有相关资质人员，不能进行断路器的内部构件的维护等工作。4总结目前，赛雪龙UR6型高速断路器在城轨车辆中广泛应用，UR6型高速断路器是一种采用空气自然冷却、单极的高速直流断路器，具有自由分合、电流双向、直接过流瞬时脱扣功能。结构上采用开放式架构，设计简洁且有较高的绝缘等级。赛雪龙UR6系列产品及其后续替代产品结构类似，检修维护方法相近。同时相关零部件价格昂贵，通过研究其检修方法可以在保障车辆正常运营的前提下降低维护成本。参考文献：1.陈智华.赛雪龙高速断路器在地铁车辆的使用及其维护[J].机车电传动，2013，（6）：72-74.2．JMDesbaillet.DCHighspeedcircuit-breaker