FTGS-917型軌道電路故障分析與診斷

江洪澤

0 引言

南京地鐵一號(hào)線一期工程（含西延線）從奧體中心站至邁皋橋站，共計(jì) 16個(gè)車站，正線全長(zhǎng)21.72 km，其中地下線路 14.08 km，地上線路7.64 km。信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備采用德國西門子的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、軌旁列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)、列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)等。全線裝設(shè)226個(gè)區(qū)段的遙控音頻無絕緣軌道電路（FTGS），是區(qū)段空閑檢測(cè)和車載/軌旁設(shè)備報(bào)文傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備。2005年9月3日設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)至2009年7月31日，F(xiàn)TGS軌道電路的室內(nèi)輸出設(shè)備—放大濾波板發(fā)生故障69次，故障現(xiàn)象均為輸出電容擊穿，輸出電壓下降了約1/3。

由于南京地鐵一號(hào)線投入運(yùn)營(yíng)以來，一直存在軌電位異常升高的問題，所以軌電位異常升高和信號(hào)設(shè)備故障可能存在相關(guān)性，軌電位過高可能是FTGS-917型軌道電路放大濾波板發(fā)生故障的原因之一，因此本文主要研究FTGS-917型軌道電路放大濾波板故障的原因及對(duì)軌電位異常升高的影響。

1 FTGS-917型軌道電路簡(jiǎn)介

FTGS-917型軌道電路主要由室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備組成（圖 1），被廣泛應(yīng)用于世界各地的正線鐵路和城市軌道。其分為2種：FTGS-46型，使用4種頻率（4.75，5.25，5.75和 6.25 kHz）；FTGS-917型，使用8種頻率（9.5，10.5，11.5，12.5，13.5，14.5，15.5和16.5 kHz）。南京地鐵一號(hào)線采用的是FTGS-917型軌道電路。

FTGS-917型軌道電路與國內(nèi)的軌道電路作用基本相同：把軌道線路分割為多個(gè)區(qū)段，檢查和監(jiān)督這些軌道區(qū)段是否空閑，并將空閑/占用信息傳給聯(lián)鎖系統(tǒng)。它還有一個(gè)特殊功能就是將ATP（自動(dòng)列車保護(hù)系統(tǒng)）產(chǎn)生的報(bào)文信息傳送到列車上。

FTGS-917型軌道電路與國內(nèi)的軌道電路最大區(qū)別是實(shí)現(xiàn)方式不同。國內(nèi)軌道電路采用機(jī)械絕緣節(jié)劃分區(qū)段，而FTGS使用電氣絕緣節(jié)劃分區(qū)段，為了防止相鄰區(qū)段之間串頻，使用不同中心頻率和不同位模式進(jìn)行區(qū)分。就某軌道區(qū)段而言，只有收到與該區(qū)段相同的頻率與位模式信息才被響應(yīng)。

FTGS-917型軌道電路的空閑檢測(cè)過程可分為3步：幅值計(jì)算，用來檢測(cè)接收回來的電壓；調(diào)制檢驗(yàn)，檢測(cè)接收回來的電壓的中心頻率是否正確；編碼檢驗(yàn)，檢測(cè)接收回來的電壓所帶的位模式是否正確。

首先，接收器對(duì)幅值進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)接收器計(jì)算出接收到的軌道電壓幅值足夠高，并且調(diào)制器鑒別到發(fā)送的編碼調(diào)制是正確的，接收器發(fā)送一個(gè)“軌道空閑”信號(hào)，這時(shí)軌道繼電器吸起表示“軌道區(qū)段空閑”；其次，當(dāng)車輛進(jìn)入某區(qū)段時(shí)，由于車輛輪對(duì)的分路作用，造成該區(qū)段短路，使接收端的接收電壓減小，軌道繼電器達(dá)不到相應(yīng)的響應(yīng)值而落 下，進(jìn)而發(fā)出“軌道占用”信號(hào)。

圖1 FTGS-917型軌道電路結(jié)構(gòu)框圖

2 故障理論模型分析

放大濾波板電路具體分為放大電路與濾波電路2部分，放大電路將信號(hào)放大至指定功率（一般為30 W）后，輸送到濾波電路中，再傳送至軌旁設(shè)備和鋼軌等電路中去。濾波電路的輸入為一個(gè)額定功率（約為放大電路電源功率）的功率信號(hào)源。而在濾波電路后，信號(hào)是由2個(gè)輸出電容并聯(lián)電路兩端引出后再經(jīng)電容、變壓器耦合后發(fā)送到軌旁單元。因此將軌旁及鋼軌電路綜合看成等效阻抗為R無源二端網(wǎng)絡(luò)，再將2個(gè)輸出電容等效為電容C2，簡(jiǎn)化電路如圖2所示。

由基爾霍夫定律可得

式中，I為沒有負(fù)載時(shí)電路的電流；I′為有負(fù)載時(shí)電路的電流。

圖2 放大濾波板輸出端簡(jiǎn)化電路圖

由式（1）—式（3）可見：當(dāng)負(fù)載電阻無限大時(shí)，式（3）與式（1）結(jié)果一致，即式（1）、式（2）為式（3）的一種特殊情況。且電路中電流的大小隨負(fù)載等效阻抗的減小而增大。

各元件電壓與電流關(guān)系如下：

當(dāng)負(fù)載電阻減小，電路中電流增大時(shí)，P0/I′減小、UC1、UL增大，所以UC2會(huì)相應(yīng)減小。即可以得出，輸出電容兩側(cè)電壓愈小，放大濾波板濾波電路中電流愈大。若電流過大，對(duì)電容來說可能造成高溫，過電流等多種不穩(wěn)定現(xiàn)象。

3 軌電位對(duì)濾波板故障的影響研究

研究軌電位異常升高與放大濾波板故障的相關(guān)性，應(yīng)從信號(hào)分析入手，分析測(cè)試故障點(diǎn)的軌電位、軌旁盒的輸入信號(hào)及放大濾波板的輸出信號(hào)。

為便于數(shù)據(jù)的采集，選取故障頻發(fā)點(diǎn)（南京一號(hào)線中勝站）站臺(tái)附近，分別采集F6頻段有車時(shí)的鋼軌電位，無車時(shí)的鋼軌電位，有車時(shí)軌旁盒輸入信號(hào)，無車時(shí)軌旁盒輸入信號(hào)，有車時(shí)放大濾波板的輸出信號(hào)，無車時(shí)放大濾波板的輸出信號(hào)。采集信號(hào)如圖3、圖4所示。

圖3 中勝站F6頻段有車時(shí)軌電位信號(hào)曲線圖

圖4 中勝站F6頻段有車時(shí)放大濾波板輸出電壓信號(hào)曲線圖

由測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，軌電位升高直接影響放大濾波板的輸出電壓，導(dǎo)致放大濾波板的輸出電壓有所下降，而就高頻段來看，隨著軌電位升高，放大濾波板的輸出電壓下降加快，最大下降幅值達(dá)到14 V，證明軌電位升高對(duì)放大濾波板輸出電壓有影響，頻率越高，影響越大。而從軌電位分布及對(duì)信號(hào)設(shè)備影響的理論可得，軌電位升高，使放大濾波板輸出電壓下降，從而導(dǎo)致流過放大濾波板輸出電流增大，雖然放大濾波板輸出電壓下降幅度不大，但長(zhǎng)此以往，必定會(huì)導(dǎo)致放大濾波板輸出電容疲勞損壞，甚至擊穿。

4 結(jié)束語

軌電位升高影響放大濾波板的輸出電容兩端的輸出電壓，導(dǎo)致放大濾波板的輸出電壓有所下降，而就高頻段來看，軌電位越高，放大濾波板的輸出電壓下降幅度越大，根據(jù)測(cè)試情況來看，最大下降幅值達(dá)到 14 V，證明軌電位升高對(duì)放大濾波板輸出電壓有影響。此外信號(hào)頻率越高，影響越大。可見軌電位異常升高能加速放大濾波板輸出電容的老化，最終導(dǎo)致輸出電容疲勞損壞。

南京地鐵一號(hào)線軌電位異常升高，導(dǎo)致FTGS-917型軌道電路-放大濾波板的輸出電壓下降，直接導(dǎo)致放大濾波板輸出電容兩端的電流升高，長(zhǎng)此以往，放大濾波板輸出電容疲勞損壞。筆者認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)措施降低鋼軌電位，以有效降低信號(hào)系統(tǒng)的FTGS故障發(fā)生概率。

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