李慧 赵跃鹏 孙涛
1.中车唐山机车车辆有限公司，唐山 064000
摘要：城轨车辆在接触网停电或检修作业时，为了防止电网侧忽然送电及消除接触网上感应电压和残留电荷的影响，需在作业区将接触网进行临时接地，保证检修人员的安全。因此城轨车辆上设置三工位开关，来保证当车辆检修或维护时打到“接地位”，保证在列车接触网无电时，整车高压是接地的。
关键词：三工位开关；接地； 单手柄；双手柄；
1 概述
城轨车辆在接触网停电或检修作业时，为了防止电网侧忽然送电及消除接触网上感应电压和残留电荷的影响，需在作业区将接触网进行临时接地，保证检修人员的安全设置车辆外接接地开关。
传统车辆在检修时，检修人员携带接地线和验电器到达现场，验电、挂接地线，检修完成后，再拆除地线，在整个作业过程中，存在带电挂接地线、带接地线送电，挤压正常检修作业的时间的问题。
随着技术的发展，轨道交通已逐步开始利用先进技术手段改善接触网接地作业方式，来提升作业安全管控和作业效率。现在轨道交通领域实施三工位隔离开关，包括：静触头、动触头及接地位；所谓静触头，与动触头连接或断开，与动触头共同形成电气连接与断开；所谓动触头，与接地位连接或断开，用于与接地位共同形成电气断路或通路；所谓接地位，与大地（车体地与大地等电位）相连，与动触头共同形成电气断路或通路。
本文主要从两种三工位在开关在实际项目案例上的使用，来分析单手柄操作三工位开关与双手柄三工位开关使用中遇见的问题。
2 三工位开关原理介绍
本文介绍的三工位开关为手动操作，其主要用于接通、隔离和接地的电气设备。三工位开关主要是机械操作部分，机械操作部分主要有手柄、动触头、静触头（也称辅助触头）、接地位组成。
1)操作机构功能如下：
（1）手动操作通过手动操作实现接地模式（接地位）、车间电源模式（库用位）、正常模式（运行位）3个工作位置的功能．并且实现闭锁功能．即当受电弓处于升起位置时．三工位操作机构的操作手柄不能够操作．当受电弓处于落下位置时．操作手柄才能够手动操作转动三工位开关操动机构；
（2）联锁功能只有三工位开关位于正常模式位置时，才能升起受电弓，反之受电弓不能升起：当三工位开关处于库用位置时，才能够外接车辆供电；当三工位开关处于接地位时，既不允许升弓也不允许外接电源；
（3）机械闭锁。三工位开关手动操作到任一工作位置时．都不能按照原方向继续操作．以实现机械闭锁功能，防止操作过位；
（4）控制方案。三种工作模式都会传输给车辆上网络系统，每种工作模式都是唯一的，一档达到某个位，其位置是锁定的，车辆网络系统通过三工位开关的辅助触头采集其工作状态，用于三工位工作状态的监控。
2）机械锁闭原理
三工位机械闭锁手动操作时．每到达一个工作位置能够闭锁手动不能按照原方向继续操作．确保手动操作时不会发生操作过位而引起操作失误发生不必要的事故。
根据上述三工位开关的互锁原理，城轨项目上采用两种操作型式的手动开关来实现接触网与车辆的隔离状态。
2.1 双手柄操作开关
2.1.1 双手柄三工位开关档位介绍
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双手柄三工位开关结构为双刀双掷，每个刀片上有一个手柄，两个刀片机械地连接在一起，开关的组合位置对应三种不同的供电模式。如图1，刀片之间的机械互锁使它不可能提供第四种（机械联锁）组合位置。
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双手柄操作开关不同档位如下：
双手柄操作三工位接地开关由Q1和Q2两个手柄组成，两个手柄处于不同位置从而实现不同功能，如上图2：
Q1打在1位，Q2打在1位，此时车辆处于正常模式；
Q1打在2位，Q2打在1位，此时车辆处于车间插座供电模式；
Q1打在2位，Q2打在2位，此时车辆处于接地模式；
由于机械互锁，不存在Q1在1位，Q2打在2位这种模式，且这一点也是为了人的安全。
2.1.2双手柄三工位开关城轨上的应用案例
三工位开关在车辆上的接口如图3：
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双手柄三工位开关原理描述如下
1)当三工位接地开关打在正常供电模式，受电弓正常升起，从接触网获取高压直流电源。此时工作人员若违规操作了Q1手柄，将其打倒2的位置，通过图3分析可知，此时接触网的DC1500V直流电通过受电弓直接与大地接通，从而发生高压直流的接地故障。
2)若车辆上存在脚踏升弓装置，此时三工位开关正好在车间电源位，若人为若误踩脚踏泵升弓，这时Q1在2位，Q2在1位，从图3中看出，直接将受电弓和地接通，受电弓接地故障，也称高压直流的接地故障。可能造成车顶击穿，受电弓碳化板烧坏，严重的将引起车辆火灾，甚至人员伤亡。
2.1.3 双手柄三工位开关应用分析
从以上实际应用案例可以看出：
1)双手柄三工位开关操作繁琐，维护不方便；
2)双手柄三工位开关电路较复杂，易引起触点事故；
3)双手柄三工位开关实际安装占用空间大；
4)易误操作，引起短路或触点故障。
2.2 单手柄三工位开关
2.2.1 某种形式的单手柄三工位开关档位介绍
三工位单手柄开关档位相对简单，有运行位、接地位、车间电源位。如下图4
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操作原理：在操作时，先拉起小球手柄，大手柄稍作转动就松开小球手柄，再转动大手柄，到位后小球手柄限位销会卡到大手柄限位孔里。“运行”位与“车间电源”位的相互转换必须经过“接地”位接地。
2.2.2 单手柄三工位开关应用案例
如下图5：单手柄开关实际应用案例图纸，如图5
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原理分析：三工位开关在运行位时，受电弓可以升起，辅助供电设备受电，再操作主断路器闭合，车辆牵引单元受电；根据车辆安全要求，当受电弓在车间电源位时，受电弓不可升起且不可能在接地位，此时仅车辆的辅助设备受电。但是当受电弓升起状态下若拨动三工位开关，但是车辆有电路互锁，此时受电弓会降下，不会产生接地故障，但这属于危险操作，维护人员在工作时严格按照现场安全操作规程操作，禁止此种操作。当三工位开关打到车间电源位时，踩脚踏泵升弓，也不会产生接地故障。
2.2.3 单手柄三工位开关应用分析
从以上实际应用案例可以看出：
1)单手柄三工位开关操作简便，维护方便；
2)单手柄三工位开关电路简单，易设置互锁电路；
3)单手柄三工位开关实际安装占用空间小；
4)不易误操作，每次操作均回到接地位后，方可执行别的操作。
从实际应用分析，单手柄开关应用较多。
3 总结
三工位开关的设计理念遵从以人为本的安全原则，减少维护操作时间及成本问题，单手柄三工位开关是未来城轨车辆上的必备产品之一。本文对两种三工位开关工作原理及实际使用中可能遇到的问题进行了详细的阐述，认为单手柄操作开关比双手柄操作更简便且操作风险低，且在车辆上应用时单手柄占用空间更小，维护更简单。值得推广应用。
参考文献
[1] 李灿.GIS用三工位开关操动机构及控制方案设计. 煤矿机械.2015
[2]独田娃．基于三工位隔离开关用简易型手动操作机构的研制[J]．高压电器，201l，47(5)：100-102．