道岔控制表示單元常見故障原因分析與處理

張建敏

摘 要 通過對道岔控制表示單元表示電路進行分析，找到“跳表示”和雷擊故障的根本原因和處理措施，提出改進方法。

關鍵詞 跳表示；濾波電路；濾波電容；雷擊

中圖分類號：U262 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0183-01

道岔控制表示單元是鐵路信號微機聯鎖系統的重要元器件，在道岔控制電路中起著控制道岔轉換、鎖閉和給出表示的作用，其運行的可靠性直接影響信號系統的可靠性和安全性。每一組道岔均對應一臺控制表示單元，山鋼集團萊蕪分公司運輸部6套微機聯鎖系統，共應用控制表示單元310臺。在設備維護中我們發現，道岔控制表示單元常出現的故障有“跳表示”和雷擊兩種，占總故障的80%以上。為保障設備的穩定運行，降低故障率，同時做好設備修舊利廢工作，使故障的元器件得到重新利用，我們對其進行深入分析和研究。

1 表示電路原理分析

道岔控制表示單元電路分三部分，控制電路、轉換鎖閉電路和表示電路。三部分電路除共用電源外，電路部分彼此獨立，工作狀態互不影響。“跳表示”故障發生在表示電路，雷擊故障大多數只擊壞表示電路，故對表示電路進行深入分析。

道岔表示電路原理圖如圖1。

圖1 道岔表示電路原理圖

由圖可以看出，此電路由上下對稱兩部分組成，下半部分為定位表示電路，上半部分為反位表示電路，電源由53輸入，道岔在定位時，53、63有30 V的交流表示電源，在反位時53、51有30 V的交流表示電源，兩路電源分別通過兩個濾波電路，分別給光耦TLP521-2和固態繼電器K2提供電源。工作正常時，定位表示電由62輸出，反位表示電由52輸出。

當道岔處在定位時，30 V的交流表示電由53、63輸入后，經過D4和D26單相整流，和C2、C20的電容濾波，原來的交流電變成直流供下一級電路使用。D26和C20整流濾波后，24V直流電送到K2繼電器線圈兩端，K2得電吸起；D4和C2整流濾波后的6V電源送到光耦TLP521-2工作，經過電阻R4分壓后，1、2端電壓1.2 V左右，使內部發光二極管導通發光，內部三極管7、8耦合導通，使KZ24V電源經過繼電器K2的9、13和K1的6、4接點到達62，經62輸出到微機聯鎖主機，使主機能夠辨識定位表示，通過顯示器顯示。

當道岔處在反位時，原理與定位相同。

2 故障原因分析與處理

1）“跳表示”故障。經過以上電路分析，表示電路的正常工作與濾波電路、光耦TLP521-2及固態繼電器的性能有關。用萬用表反復測量，確定光耦TLP521-2、OMRON24V固態繼電器及周圍電阻電容等元件均狀態良好，無燒損、短路或斷路情況。查找光耦TLP521-2參數資料，其輸入端典型工作電壓和轉換電流為5V 16 mA，最大25 mA。D3、D4為1N4735A，1W6.2V穩壓二極管，R4、R5由以下公式確定其阻值：

R=（U-U二極管×3）/I =（6.2-0.7×3）/0.016≈256 Ω

由色標確認R4、R5阻值為220Ω，接近256Ω。使用220 Ω電阻時，電路中電流為：

I=（U-U二極管×3）/ R=（6.2-0.7×3）/220=0.0164=16.4 mA

電路中電流接近典型值，因此，R4、R5電阻選擇適當。

故障的發生還可能與濾波電路的設計有關，則內部三極管7、8導通不正常，而控制光耦TLP521-2耦合導通的電源來自前級的濾波電容和穩壓二極管C2、 D4和C1、D3，濾波電容C1和C2容量的大小與充放電能力直接影響光耦內二極管的導通，從而也間接影響了三極管的導通，故障原因可能出現在與濾波電容的選擇上，于是重新核算C1、C2電容容量。

在濾波電路中電容的選擇應遵循以下公式：

C≥（3-5）T/2R

R為電路負載電阻，R≈R4=R5=220 Ω

T為50 Hz工頻電路，T=1/50=0.02 s

經計算得出：C≥136-227uf

因此，原來應用的100uf的電容容量太低，長時間使用后，容量還會下降，濾波電壓不穩定，進而造成供給光耦輸入端的電壓不穩定，當二極管發光較弱時，三極管不能導通。輸出端電壓不穩定，經過其導通輸出的KZ24V電壓時有時無，就造成道岔表示的閃爍，形成了道岔“跳表示”故障。

在濾波電容C的選擇上，容量應越大越好，越大輸出電壓的波形變得更為平滑、起伏更小，濾波電壓更穩定，但在電路接通瞬間，電路中所產生的沖擊電流太大，對電路中其它元器件會造成損壞。因此，C1，C2選擇容量220uf耐壓值25 V的電解電容即可。

基于以上原因分析，我們對故障的18臺道岔控制表示單元進行了維修，將C1、C2均更換為220uf的大容量電容，更換后貼好標簽，做好標記，送信號樓微機聯鎖道岔柜進行應用試驗，重點監督運行狀態，使用一個月未再發生“跳表示”故障，由此斷定，原因分析和解決措施是正確的。以后陸續對同批次的道岔控制表示單元電容進行了更換，“跳表示”故障未在出現。

2）雷擊故障。通過對十幾臺被雷擊的道岔控制表示單元的研究分析發現，多數都是擊壞表示電路元件，雷電沿道岔控制線X3進入設備內部，擊壞元件如下：①擊壞光電耦合器521-2P，輸入端二極管短路，外殼崩裂，元件無法再用；②擊壞整流濾波元件D3、D25或D4、D26，二極管短路，光電耦合器521-2P沒有輸入電源，不能工作；③擊壞R5、D5，光電耦合器前級電阻和定、反位表示燈，電路無法工作，無法給出表示。

我們對雷擊損壞的元器件進行了更換，對修復的控制表示單元進行綜合電氣參數測試后，送信號樓在道岔機柜上進行應用試驗，確認合格后貼標簽備用。

3 結束語

“跳表示”故障的發生與廠家供應的設備質量有關，為此對同批次所有控制表示單元進行了檢查，對所有C1、C2使用小容量的控制表示單元進行了更換，與廠家聯系退回，協商賠償損失。同時聯系廠家對設備設計、安裝及元器件應用進行再檢查，防止此類問題發生。

同時探索在道岔控制電路X3中加裝雷電防護裝置，當雷電發生時進行有效的隔離和放電，防止雷電竄入擊壞設備。

參考文獻

[1]劉文富.ZD6型電動道岔機械故障的原因分析及其對策[A].河南省鐵道學會2007年學術活動月優秀論文集[C].2007.endprint

摘 要 通過對道岔控制表示單元表示電路進行分析，找到“跳表示”和雷擊故障的根本原因和處理措施，提出改進方法。

關鍵詞 跳表示；濾波電路；濾波電容；雷擊

中圖分類號：U262 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0183-01

道岔控制表示單元是鐵路信號微機聯鎖系統的重要元器件，在道岔控制電路中起著控制道岔轉換、鎖閉和給出表示的作用，其運行的可靠性直接影響信號系統的可靠性和安全性。每一組道岔均對應一臺控制表示單元，山鋼集團萊蕪分公司運輸部6套微機聯鎖系統，共應用控制表示單元310臺。在設備維護中我們發現，道岔控制表示單元常出現的故障有“跳表示”和雷擊兩種，占總故障的80%以上。為保障設備的穩定運行，降低故障率，同時做好設備修舊利廢工作，使故障的元器件得到重新利用，我們對其進行深入分析和研究。

1 表示電路原理分析

道岔控制表示單元電路分三部分，控制電路、轉換鎖閉電路和表示電路。三部分電路除共用電源外，電路部分彼此獨立，工作狀態互不影響。“跳表示”故障發生在表示電路，雷擊故障大多數只擊壞表示電路，故對表示電路進行深入分析。

道岔表示電路原理圖如圖1。

圖1 道岔表示電路原理圖

由圖可以看出，此電路由上下對稱兩部分組成，下半部分為定位表示電路，上半部分為反位表示電路，電源由53輸入，道岔在定位時，53、63有30 V的交流表示電源，在反位時53、51有30 V的交流表示電源，兩路電源分別通過兩個濾波電路，分別給光耦TLP521-2和固態繼電器K2提供電源。工作正常時，定位表示電由62輸出，反位表示電由52輸出。

當道岔處在定位時，30 V的交流表示電由53、63輸入后，經過D4和D26單相整流，和C2、C20的電容濾波，原來的交流電變成直流供下一級電路使用。D26和C20整流濾波后，24V直流電送到K2繼電器線圈兩端，K2得電吸起；D4和C2整流濾波后的6V電源送到光耦TLP521-2工作，經過電阻R4分壓后，1、2端電壓1.2 V左右，使內部發光二極管導通發光，內部三極管7、8耦合導通，使KZ24V電源經過繼電器K2的9、13和K1的6、4接點到達62，經62輸出到微機聯鎖主機，使主機能夠辨識定位表示，通過顯示器顯示。

當道岔處在反位時，原理與定位相同。

2 故障原因分析與處理

1）“跳表示”故障。經過以上電路分析，表示電路的正常工作與濾波電路、光耦TLP521-2及固態繼電器的性能有關。用萬用表反復測量，確定光耦TLP521-2、OMRON24V固態繼電器及周圍電阻電容等元件均狀態良好，無燒損、短路或斷路情況。查找光耦TLP521-2參數資料，其輸入端典型工作電壓和轉換電流為5V 16 mA，最大25 mA。D3、D4為1N4735A，1W6.2V穩壓二極管，R4、R5由以下公式確定其阻值：

R=（U-U二極管×3）/I =（6.2-0.7×3）/0.016≈256 Ω

由色標確認R4、R5阻值為220Ω，接近256Ω。使用220 Ω電阻時，電路中電流為：

I=（U-U二極管×3）/ R=（6.2-0.7×3）/220=0.0164=16.4 mA

電路中電流接近典型值，因此，R4、R5電阻選擇適當。

故障的發生還可能與濾波電路的設計有關，則內部三極管7、8導通不正常，而控制光耦TLP521-2耦合導通的電源來自前級的濾波電容和穩壓二極管C2、 D4和C1、D3，濾波電容C1和C2容量的大小與充放電能力直接影響光耦內二極管的導通，從而也間接影響了三極管的導通，故障原因可能出現在與濾波電容的選擇上，于是重新核算C1、C2電容容量。

在濾波電路中電容的選擇應遵循以下公式：

C≥（3-5）T/2R

R為電路負載電阻，R≈R4=R5=220 Ω

T為50 Hz工頻電路，T=1/50=0.02 s

經計算得出：C≥136-227uf

因此，原來應用的100uf的電容容量太低，長時間使用后，容量還會下降，濾波電壓不穩定，進而造成供給光耦輸入端的電壓不穩定，當二極管發光較弱時，三極管不能導通。輸出端電壓不穩定，經過其導通輸出的KZ24V電壓時有時無，就造成道岔表示的閃爍，形成了道岔“跳表示”故障。

在濾波電容C的選擇上，容量應越大越好，越大輸出電壓的波形變得更為平滑、起伏更小，濾波電壓更穩定，但在電路接通瞬間，電路中所產生的沖擊電流太大，對電路中其它元器件會造成損壞。因此，C1，C2選擇容量220uf耐壓值25 V的電解電容即可。

基于以上原因分析，我們對故障的18臺道岔控制表示單元進行了維修，將C1、C2均更換為220uf的大容量電容，更換后貼好標簽，做好標記，送信號樓微機聯鎖道岔柜進行應用試驗，重點監督運行狀態，使用一個月未再發生“跳表示”故障，由此斷定，原因分析和解決措施是正確的。以后陸續對同批次的道岔控制表示單元電容進行了更換，“跳表示”故障未在出現。

2）雷擊故障。通過對十幾臺被雷擊的道岔控制表示單元的研究分析發現，多數都是擊壞表示電路元件，雷電沿道岔控制線X3進入設備內部，擊壞元件如下：①擊壞光電耦合器521-2P，輸入端二極管短路，外殼崩裂，元件無法再用；②擊壞整流濾波元件D3、D25或D4、D26，二極管短路，光電耦合器521-2P沒有輸入電源，不能工作；③擊壞R5、D5，光電耦合器前級電阻和定、反位表示燈，電路無法工作，無法給出表示。

我們對雷擊損壞的元器件進行了更換，對修復的控制表示單元進行綜合電氣參數測試后，送信號樓在道岔機柜上進行應用試驗，確認合格后貼標簽備用。

3 結束語

“跳表示”故障的發生與廠家供應的設備質量有關，為此對同批次所有控制表示單元進行了檢查，對所有C1、C2使用小容量的控制表示單元進行了更換，與廠家聯系退回，協商賠償損失。同時聯系廠家對設備設計、安裝及元器件應用進行再檢查，防止此類問題發生。

同時探索在道岔控制電路X3中加裝雷電防護裝置，當雷電發生時進行有效的隔離和放電，防止雷電竄入擊壞設備。

參考文獻

[1]劉文富.ZD6型電動道岔機械故障的原因分析及其對策[A].河南省鐵道學會2007年學術活動月優秀論文集[C].2007.endprint

摘 要 通過對道岔控制表示單元表示電路進行分析，找到“跳表示”和雷擊故障的根本原因和處理措施，提出改進方法。

關鍵詞 跳表示；濾波電路；濾波電容；雷擊

中圖分類號：U262 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0183-01

道岔控制表示單元是鐵路信號微機聯鎖系統的重要元器件，在道岔控制電路中起著控制道岔轉換、鎖閉和給出表示的作用，其運行的可靠性直接影響信號系統的可靠性和安全性。每一組道岔均對應一臺控制表示單元，山鋼集團萊蕪分公司運輸部6套微機聯鎖系統，共應用控制表示單元310臺。在設備維護中我們發現，道岔控制表示單元常出現的故障有“跳表示”和雷擊兩種，占總故障的80%以上。為保障設備的穩定運行，降低故障率，同時做好設備修舊利廢工作，使故障的元器件得到重新利用，我們對其進行深入分析和研究。

1 表示電路原理分析

道岔控制表示單元電路分三部分，控制電路、轉換鎖閉電路和表示電路。三部分電路除共用電源外，電路部分彼此獨立，工作狀態互不影響。“跳表示”故障發生在表示電路，雷擊故障大多數只擊壞表示電路，故對表示電路進行深入分析。

道岔表示電路原理圖如圖1。

圖1 道岔表示電路原理圖

由圖可以看出，此電路由上下對稱兩部分組成，下半部分為定位表示電路，上半部分為反位表示電路，電源由53輸入，道岔在定位時，53、63有30 V的交流表示電源，在反位時53、51有30 V的交流表示電源，兩路電源分別通過兩個濾波電路，分別給光耦TLP521-2和固態繼電器K2提供電源。工作正常時，定位表示電由62輸出，反位表示電由52輸出。

當道岔處在定位時，30 V的交流表示電由53、63輸入后，經過D4和D26單相整流，和C2、C20的電容濾波，原來的交流電變成直流供下一級電路使用。D26和C20整流濾波后，24V直流電送到K2繼電器線圈兩端，K2得電吸起；D4和C2整流濾波后的6V電源送到光耦TLP521-2工作，經過電阻R4分壓后，1、2端電壓1.2 V左右，使內部發光二極管導通發光，內部三極管7、8耦合導通，使KZ24V電源經過繼電器K2的9、13和K1的6、4接點到達62，經62輸出到微機聯鎖主機，使主機能夠辨識定位表示，通過顯示器顯示。

當道岔處在反位時，原理與定位相同。

2 故障原因分析與處理

1）“跳表示”故障。經過以上電路分析，表示電路的正常工作與濾波電路、光耦TLP521-2及固態繼電器的性能有關。用萬用表反復測量，確定光耦TLP521-2、OMRON24V固態繼電器及周圍電阻電容等元件均狀態良好，無燒損、短路或斷路情況。查找光耦TLP521-2參數資料，其輸入端典型工作電壓和轉換電流為5V 16 mA，最大25 mA。D3、D4為1N4735A，1W6.2V穩壓二極管，R4、R5由以下公式確定其阻值：

R=（U-U二極管×3）/I =（6.2-0.7×3）/0.016≈256 Ω

由色標確認R4、R5阻值為220Ω，接近256Ω。使用220 Ω電阻時，電路中電流為：

I=（U-U二極管×3）/ R=（6.2-0.7×3）/220=0.0164=16.4 mA

電路中電流接近典型值，因此，R4、R5電阻選擇適當。

故障的發生還可能與濾波電路的設計有關，則內部三極管7、8導通不正常，而控制光耦TLP521-2耦合導通的電源來自前級的濾波電容和穩壓二極管C2、 D4和C1、D3，濾波電容C1和C2容量的大小與充放電能力直接影響光耦內二極管的導通，從而也間接影響了三極管的導通，故障原因可能出現在與濾波電容的選擇上，于是重新核算C1、C2電容容量。

在濾波電路中電容的選擇應遵循以下公式：

C≥（3-5）T/2R

R為電路負載電阻，R≈R4=R5=220 Ω

T為50 Hz工頻電路，T=1/50=0.02 s

經計算得出：C≥136-227uf

因此，原來應用的100uf的電容容量太低，長時間使用后，容量還會下降，濾波電壓不穩定，進而造成供給光耦輸入端的電壓不穩定，當二極管發光較弱時，三極管不能導通。輸出端電壓不穩定，經過其導通輸出的KZ24V電壓時有時無，就造成道岔表示的閃爍，形成了道岔“跳表示”故障。

在濾波電容C的選擇上，容量應越大越好，越大輸出電壓的波形變得更為平滑、起伏更小，濾波電壓更穩定，但在電路接通瞬間，電路中所產生的沖擊電流太大，對電路中其它元器件會造成損壞。因此，C1，C2選擇容量220uf耐壓值25 V的電解電容即可。

基于以上原因分析，我們對故障的18臺道岔控制表示單元進行了維修，將C1、C2均更換為220uf的大容量電容，更換后貼好標簽，做好標記，送信號樓微機聯鎖道岔柜進行應用試驗，重點監督運行狀態，使用一個月未再發生“跳表示”故障，由此斷定，原因分析和解決措施是正確的。以后陸續對同批次的道岔控制表示單元電容進行了更換，“跳表示”故障未在出現。

2）雷擊故障。通過對十幾臺被雷擊的道岔控制表示單元的研究分析發現，多數都是擊壞表示電路元件，雷電沿道岔控制線X3進入設備內部，擊壞元件如下：①擊壞光電耦合器521-2P，輸入端二極管短路，外殼崩裂，元件無法再用；②擊壞整流濾波元件D3、D25或D4、D26，二極管短路，光電耦合器521-2P沒有輸入電源，不能工作；③擊壞R5、D5，光電耦合器前級電阻和定、反位表示燈，電路無法工作，無法給出表示。

我們對雷擊損壞的元器件進行了更換，對修復的控制表示單元進行綜合電氣參數測試后，送信號樓在道岔機柜上進行應用試驗，確認合格后貼標簽備用。

3 結束語

“跳表示”故障的發生與廠家供應的設備質量有關，為此對同批次所有控制表示單元進行了檢查，對所有C1、C2使用小容量的控制表示單元進行了更換，與廠家聯系退回，協商賠償損失。同時聯系廠家對設備設計、安裝及元器件應用進行再檢查，防止此類問題發生。

同時探索在道岔控制電路X3中加裝雷電防護裝置，當雷電發生時進行有效的隔離和放電，防止雷電竄入擊壞設備。

參考文獻

[1]劉文富.ZD6型電動道岔機械故障的原因分析及其對策[A].河南省鐵道學會2007年學術活動月優秀論文集[C].2007.endprint