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【摘要】本文针对广州地铁四号线列车空调系统频频报出过流保护故障，分析了广州地铁四号线空调系统中水银式过流保护继电器的工作过程和工作原理，研究了故障原因，并提出了相关改进建议。
【关键词】水银式过流保护继电器 过流保护 直线电机
中图分类号：TM58 文献标识码： A
一、引言
广州地铁四号线列车正线运营时，空调系统频发压缩机过流保护故障，列车回库后检查空调压缩机以及相关线路均无异常，过流保护故障消失，根本原因是由于空调系统的压缩机水银式过流保护继电器误动作，导致列车空调系统报出过流保护的假故障。
二、列车空调系统运用情况
广州地铁四号线采用的KG35型空调机组，结构型式为车顶单元式，每节车两台空调机组，安装在车顶中部，每台空调机机组由两个单独的制冷系统组成，以及相应的过流保护继电器。这样就可以满足空调机组制冷能力100%、85%、70%、50%四档分级调控。[1] 空调机组压缩机采用日本三菱的ZEN117YZA-C型卧式全封闭涡旋压缩机，工作电流约为10.8A，推荐保护值为16A。空调系统过流保护设计选用了日本鹭宫生产的水银过流保护继电器，该继电器适用于三相电机保护线路，引入电源U、W两相进行检测，其优点是：控制精度高，使用点寿命长，无触回跳，无噪声，高绝缘，性能可靠，触头与水银接触和脱离时不易拉弧等。
四号线列车正线运营时，空调系统却频发压缩机过流保护故障，当故障列车回库后检查空调压缩机以及相关线路均无异常，空调系统重新启动后，列车过流保护故障消失。经过统计，该水银式过流保护继电器故障率高达20%，严重影响供车质量。
三、水银式继电器结构及工作原理
空调系统水银过流保护继电器产自日本鹭宫，因该继电器可靠性高，故障率极低，在铁路客车空调系统上广泛运用，然而运用于直线电机地铁列车却故障频繁。为了调查出故障原因，对水银继电器各个工作状态进行研究分析：
1、未通电状态
水银式过流保护继电器未通电状态如图一A所示：水银所在的壳体内有两层空间，内、外层空间都是由下端为半球形的空心圆柱体构成，并通过泻流小孔7相通；圆柱形铁心的横截面为圆环形，套在内层空心圆柱体外。在线圈不通电状态下，因为不励磁，铁心在重力作用下，浸在外侧空间的水银中，此时内部电极处在水银中，接点a和内部电极处于接通状态。
1、接点a（接控制电路）2、接点b（连接继电器另一侧壳体的电极）3、线圈（端头焊接在接线端子板上）4、铁心5、内部电极6、水银7、泻流小孔8、外层空间9、内层空间
图一水银式过载继电器结构图
2、过流保护状态
当水银式过流保护继电器在过流保护动作后如图一B所示。当压缩机过载时，线圈产生的电磁力使铁心上升，水银面下降，使内部电极脱离水银面，切断压缩机接触器线圈电源，使压缩机接触器主触头分断，切断压缩机电机电源，起到保护电动机的作用。当压缩机正常工作及停机状态时，线圈产生的电磁力不足以使铁心克服重力作用，从而上升到使电极脱离水银的程度，则应一直保持接点a和接点b导通。
3、整定值及复位
水银式过流保护继电器整定值是根据线圈的圈数及铁心的重量共同确定的，在出厂前已根据四号线空调压缩机额定电流进行设置，在使用过程中无法进行调整。四号线空调机组压缩机的过流保护整定值是16A。当压缩机过流停机后，铁心落下，接点a、c立即自动复位，然后导通。[2]
四、故障原因分析
空调系统报出压缩机过流保护故障，并且故障回库后检查均消除，由于空调机组压缩机工况运行正常，因此可以判定故障原因就是过流保护继电器检测故障。
经过统计，广州地铁四号线列车过流保护故障发生区间大多数分布在：四号线黄村站至车陂站上下行区间，四号线大学城南站至新造站上下行区间，四号线金州站至蕉门站上下行区间。具体分布如表一所示：
表一：过流保护故障区间统计
通过对故障统计，结合广州地铁四号线运行线路情况分析，故障原因如下：
1、直线电机车辆曲线半径小
广州地铁四号线采用直线电机轨道交通车辆，取消了传统的旋转电机。由于没有了悬挂牵引电机与机械传动装置，简化了转向架结构，因此广州地铁四号线可以采用小轮径、带径向机构的转向架，转向架的横向中心线及其轮对轴线能趋向与曲线半径方向一致，使电机通过最小半径曲线为50米，四号线正线最小曲线半径为300米。由于水银和铁心都是活动部件，在列车通过弯道时，在离心力和向心力的作用下，导致水银式过流保护继电器的水银面偏移，内部电极脱离水银面，压缩机停机，空调系统显示过流保护故障
2、四号线轨道坡度较大
四号线直线电机系统采用非粘着驱动方式，不受粘着条件的限制，因此其爬坡能力较强，四号线列车正线运营的最大坡度为50‰，当车辆爬坡度较大的坡度时，将会发生继电器的水银面偏移和铁心偏移的情况，导致四号线列车运营过程中报出过流保护故障。
由于四号线车辆为配合线路特点采用直线电机车辆，可以通过小半径弯道，爬坡能力强，运营过程中水银式过流保护继电器的水银面偏移和铁心偏移，内部电极瞬间脱离水银面均会导致过流保护继电器检测断开，从而报出空调系统过流保护故障，但是铁路车辆不能在此种线路条件下运行，因此导致水银式过流继电器在广州地铁四号线运营时频繁出现过流保护故障然后回库消失这类假故障。
五、问题改进
根据广州地铁四号线实际运营情况，为确保空调机组的正常运行，不因继电器误动作而停机，建议更换为其他類型的不受线路及车辆运行特点影响的性能可靠的过流继电器。因此广州地铁四号线决定对空调过流保护继电器进行换型改造,采用三菱TH-N20FS速动型过流保护继电器，该速动型过流保护继电器为线圈式继电器，目前已经安装在四号线列车空调系统上，经过改造后，四号线空调系统过流保护假故障率由原来的20%下降到现在的0.3%，运营效果明显改善。
参考文献
[1]何霖.车辆检修工[M]. 广州：中国劳动审核保障出版社，2006.
[2]唐燚.广州地铁四号线压缩机过流保护原因分析[J].广州地铁车辆研发中心技术月报，2008（4）.
【关键词】水银式过流保护继电器 过流保护 直线电机
中图分类号：TM58 文献标识码： A
一、引言
广州地铁四号线列车正线运营时，空调系统频发压缩机过流保护故障，列车回库后检查空调压缩机以及相关线路均无异常，过流保护故障消失，根本原因是由于空调系统的压缩机水银式过流保护继电器误动作，导致列车空调系统报出过流保护的假故障。
二、列车空调系统运用情况
广州地铁四号线采用的KG35型空调机组，结构型式为车顶单元式，每节车两台空调机组，安装在车顶中部，每台空调机机组由两个单独的制冷系统组成，以及相应的过流保护继电器。这样就可以满足空调机组制冷能力100%、85%、70%、50%四档分级调控。[1] 空调机组压缩机采用日本三菱的ZEN117YZA-C型卧式全封闭涡旋压缩机，工作电流约为10.8A，推荐保护值为16A。空调系统过流保护设计选用了日本鹭宫生产的水银过流保护继电器，该继电器适用于三相电机保护线路，引入电源U、W两相进行检测，其优点是：控制精度高，使用点寿命长，无触回跳，无噪声，高绝缘，性能可靠，触头与水银接触和脱离时不易拉弧等。
四号线列车正线运营时，空调系统却频发压缩机过流保护故障，当故障列车回库后检查空调压缩机以及相关线路均无异常，空调系统重新启动后，列车过流保护故障消失。经过统计，该水银式过流保护继电器故障率高达20%，严重影响供车质量。
三、水银式继电器结构及工作原理
空调系统水银过流保护继电器产自日本鹭宫，因该继电器可靠性高，故障率极低，在铁路客车空调系统上广泛运用，然而运用于直线电机地铁列车却故障频繁。为了调查出故障原因，对水银继电器各个工作状态进行研究分析：
1、未通电状态
水银式过流保护继电器未通电状态如图一A所示：水银所在的壳体内有两层空间，内、外层空间都是由下端为半球形的空心圆柱体构成，并通过泻流小孔7相通；圆柱形铁心的横截面为圆环形，套在内层空心圆柱体外。在线圈不通电状态下，因为不励磁，铁心在重力作用下，浸在外侧空间的水银中，此时内部电极处在水银中，接点a和内部电极处于接通状态。
1、接点a（接控制电路）2、接点b（连接继电器另一侧壳体的电极）3、线圈（端头焊接在接线端子板上）4、铁心5、内部电极6、水银7、泻流小孔8、外层空间9、内层空间
图一水银式过载继电器结构图
2、过流保护状态
当水银式过流保护继电器在过流保护动作后如图一B所示。当压缩机过载时，线圈产生的电磁力使铁心上升，水银面下降，使内部电极脱离水银面，切断压缩机接触器线圈电源，使压缩机接触器主触头分断，切断压缩机电机电源，起到保护电动机的作用。当压缩机正常工作及停机状态时，线圈产生的电磁力不足以使铁心克服重力作用，从而上升到使电极脱离水银的程度，则应一直保持接点a和接点b导通。
3、整定值及复位
水银式过流保护继电器整定值是根据线圈的圈数及铁心的重量共同确定的，在出厂前已根据四号线空调压缩机额定电流进行设置，在使用过程中无法进行调整。四号线空调机组压缩机的过流保护整定值是16A。当压缩机过流停机后，铁心落下，接点a、c立即自动复位，然后导通。[2]
四、故障原因分析
空调系统报出压缩机过流保护故障，并且故障回库后检查均消除，由于空调机组压缩机工况运行正常，因此可以判定故障原因就是过流保护继电器检测故障。
经过统计，广州地铁四号线列车过流保护故障发生区间大多数分布在：四号线黄村站至车陂站上下行区间，四号线大学城南站至新造站上下行区间，四号线金州站至蕉门站上下行区间。具体分布如表一所示：
表一：过流保护故障区间统计
通过对故障统计，结合广州地铁四号线运行线路情况分析，故障原因如下：
1、直线电机车辆曲线半径小
广州地铁四号线采用直线电机轨道交通车辆，取消了传统的旋转电机。由于没有了悬挂牵引电机与机械传动装置，简化了转向架结构，因此广州地铁四号线可以采用小轮径、带径向机构的转向架，转向架的横向中心线及其轮对轴线能趋向与曲线半径方向一致，使电机通过最小半径曲线为50米，四号线正线最小曲线半径为300米。由于水银和铁心都是活动部件，在列车通过弯道时，在离心力和向心力的作用下，导致水银式过流保护继电器的水银面偏移，内部电极脱离水银面，压缩机停机，空调系统显示过流保护故障
2、四号线轨道坡度较大
四号线直线电机系统采用非粘着驱动方式，不受粘着条件的限制，因此其爬坡能力较强，四号线列车正线运营的最大坡度为50‰，当车辆爬坡度较大的坡度时，将会发生继电器的水银面偏移和铁心偏移的情况，导致四号线列车运营过程中报出过流保护故障。
由于四号线车辆为配合线路特点采用直线电机车辆，可以通过小半径弯道，爬坡能力强，运营过程中水银式过流保护继电器的水银面偏移和铁心偏移，内部电极瞬间脱离水银面均会导致过流保护继电器检测断开，从而报出空调系统过流保护故障，但是铁路车辆不能在此种线路条件下运行，因此导致水银式过流继电器在广州地铁四号线运营时频繁出现过流保护故障然后回库消失这类假故障。
五、问题改进
根据广州地铁四号线实际运营情况，为确保空调机组的正常运行，不因继电器误动作而停机，建议更换为其他類型的不受线路及车辆运行特点影响的性能可靠的过流继电器。因此广州地铁四号线决定对空调过流保护继电器进行换型改造,采用三菱TH-N20FS速动型过流保护继电器，该速动型过流保护继电器为线圈式继电器，目前已经安装在四号线列车空调系统上，经过改造后，四号线空调系统过流保护假故障率由原来的20%下降到现在的0.3%，运营效果明显改善。
参考文献
[1]何霖.车辆检修工[M]. 广州：中国劳动审核保障出版社，2006.
[2]唐燚.广州地铁四号线压缩机过流保护原因分析[J].广州地铁车辆研发中心技术月报，2008（4）.