浅析地铁直流快速脱扣器装置的检测方法

1. 快速脱扣器的作用

1.1. 快速脱扣器装置的功能

间接脱扣装置的功能主要是通过内部大容量电容的充放电来实现。正常供电时大容量电容进行充电，从而快速积累大量的能量。一旦发生触发行为，将在极短的时间内向低电抗线圈（断路器）放电，回路中流经的大电流将相应产生巨大的磁场和一个持续的作用力，从而促使直流断路器的拨叉进行脱扣，进而分断直流断路器控制回路。

断路器间接脱扣触发装置主要用于由外部触发信号控制，对专用直流断路器进行快速脱扣触发。正常供电时，面板“电源指示”灯常亮。装置内部触发准备完成后，“检测端口”内检测端点闭合，面板“预备触发”灯亮。此时可以将触发信号送入相应触发通道，触发间接脱扣线圈动作，实现快速脱扣功能。实现触发脱扣后，“检测端口”内检测端点断开，“预备触发”指示灯灭。装置内部触发准备完成后，“检测端口”内检测端点再次闭合，面板“预备触发”指示灯再次点亮，再次进入等待触发状态。

1.2. 快速脱扣器的应用

城市地铁牵引供电系统的正常运行是整个地铁系统安全可靠运行的根本保障，因此在设计地铁的过程中，在直流系统引入了间接脱扣装置。

我公司的直流牵引柜在郑州地铁4号线成功投入运行至今，一直安全稳定可靠。其中的一个柜体的快速脱扣器的典型应用如下：

上图中TQ为快速脉冲脱扣器，Q1为直流断路器的脱扣线圈，Q1：11、12为断路器辅助触点。正常应用时在快速脱扣器TQ的3、7端子引入控制回路信号，且串入闭锁信号Q1，保证控制回路的多级安全等级。控制输出回路端子9、10接到控制断路器Q1，用于快速切断馈线电路的故障信号。

2. 快速脱扣器的内部检测

快速脱扣器的内部局部原理图如下所示：

正常工作状态下，充电电阻R1发热量的计算：

电阻R1上流经电流公式为i=（U/R）exp（-t/τ）,代入实际电参量后i=（220/330）exp（-t/3.3），公式中因为t没有确切的数值，不能直接进行计算。所以我们必须对公式进行微分计算，并代入迭代公式，方可计算得出。计算可得随着时间t的增加，exp（-t/τ）曲线特性趋向于零，在这里我们根据实际情况，取t的值为8.3秒，在充电的前8.3秒内的发热量大约为230J，8.3秒后的发热量却很小，计算可得出8.3秒内的平均发热功率为29W，其他时间可忽略不计。

在充电过程中，X1:1、2接入220V电源后，内部如果发生某种故障，例如前级充电回路断开或者后级放电回路没有关断完全，则电容C1可能在8.3S内没有充到160V左右，则快速脱扣器会自我判断发生充电故障，CPU会立即释放充电接触器K1，以防电源通过充电电阻对线圈持续放电；

在放电过程中，接触器K1断开后，后级电路如果发生某种故障，例如外部跳闸线圈电阻变大，进而导致使电容放电时间变长或者控制V1元器件未完全关断，CPU会立即判断为发生了放电故障，会永久闭锁充电接触器K1，以防止外部电源通过充电电阻R对外部断路器线圈Q持续放电。

如果充电电阻R1没有经受住短时过载而发生损坏。则电阻损坏时，会在电阻R上积累大量能量导致有大量的持续的发热。下图是模拟的快速脱扣器内部电容C1回路没有及时关断输出回路时（下图黄线后续应该为低电平），将会导致电阻R1一直在导通发热，进而发生损坏。

3. 快速脱扣器的巡检

在每年的地铁直流牵引柜例行巡检中或者正常的操作中建议如下：

1）快速脱扣器内部电阻R1完全满足其间接快速脱扣触发装置的正常工况下的使用（1次/6.5S，100℃以内）。满足一般的单次触发使用。即使按照自动重合闸的要求，电阻也可经受十次以上的充电放电。操作正确，间接快速脱扣触发装置电阻不会产生故障情况；

2）建议避免高频率、时间长的充放电，快速脉冲脱扣触发装置控制在连续触发3次以内，每次间隔6.5S以上，3次完毕后间隔10分钟过后再做，以此重复；

3）可以检测快速脱扣器电平信号和脱扣器内部的电阻或者大电容的电平信号；

4）同时对断路器的脱扣器线圈电阻进行测量，确保其电阻达到标准的毫欧姆级。