ZPW2000A 軌道電路移頻器材常見故障分析

張春濤 中國鐵路上海局集團有限公司南京電務段

1 引言

我國鐵路系統復雜而龐大，至今我國鐵路總里程數已超過13 萬公里，完善、高效的鐵路信號系統是保證運輸效率、提質增量的重要前提。ZPW2000A 無絕緣軌道電路是鐵路信號系統的關鍵部分，其工作的穩定性、可靠性與鐵路安全運輸有著至關重要的聯系。因此應對ZPW2000A 無絕緣軌道電路做傾向性故障分析，歸納總結常見問題點，并掌握日常維護方法，有效提高器材使用壽命，降低故障率，確保鐵路運輸的安全、高效、穩定。

2 數據統計與故障分析

為了實現ZPW2000A 無絕緣軌道電路移頻器材的準確分析，本文收集了2019 年1 至12 月不同規格型號故障移頻器材相關數據，力求通過現場數據進行可靠性分析。

2019 年1 月至12 月，故障返修器材共計106 件，其中移頻器材81 件，占比76.4%，故障率遠遠高于其他種類器材。現根據移頻器材返修情況，在器材種類、型號、返修件數、現場反映故障現象、測試分析原因等方面進行匯總分析，并制作2019 年1 月至12 月移頻器材故障分析統計表，如表1 所示。

（1）按器材種類統計，主要包括發送器、接收器、衰耗器、調諧匹配單元、空心線圈、匹配變壓器。

（2）按器材故障現象統計，主要包括器材發熱嚴重、器材不工作、電流超上限、電壓波動、對地絕緣不良等。

（3）按不良原因統計，主要包括電容不良、三極管不良、集成電路不良、電源模塊不良、電壓傳感器不良、三防漆脫落、線圈老化等。

表1 2019 年1 月至12 月移頻器材故障分析統計表

3 故障案例分析過程及結論

由于移頻器材種類繁多，現場使用環境條件分為室內器材與室外器材，因此針對性各分析一件典型故障案例，通過分析比較，掌握器材故障點，根據不同故障現象，準確判斷不良器材并及時更換，有效減小安全隱患。

3.1 案例一

京滬線中繼站3211BG 出現10 s 紅光帶，而后恢復。經現場查看，該區段主發送器空開跳閘，并無法再合上，備發送器正常工作，對外輸出移頻信號。

3.1.1 初步檢查及判斷

（1）發送器整機測試情況

發送器返修后，采用ZPW2000A 移頻測試臺對該器材的各項指標進行全部測試，經測試發現該器材開機上電后耗電電流已達到I=9.85 A，工作燈亮紅燈。上述指標具體測試值詳見表2。

表2 維修前整機測試記錄表

（2）故障檢查

進一步對故障的發送器進行檢測，發現功放電路元器件三極管 V1 的 B、C 端擊穿，V18E、C 端被擊穿，導致發送器帶載后不能正常工作，更換新三極管后故障排除。

（3）更換故障元器件后整機測試記錄

將更換元器件后的發送器組裝完畢后，放置于測試臺上進行測試，各項參數均正常，測試記錄詳見表3。

表3 更換故障元器件后整機測試記錄表

3.1.2 分析過程及結論

（1）三極管擊穿導致發送器故障原因分析

圖1 發送器工作原理圖

從圖1 分析可知：發送器功放電路為典型乙類推挽放大電路，正負半周要求完全對稱；V2 為功放電路中的前級放大管，V18 為功放電路中的后級輸出放大管，放大管 V2、V18 不良后，整個放大電路平衡失效，負半周信號的波形失真導致功出電壓降低，當低于輸出電壓回檢的門限值時，FBJ 落下。

（2）分析結論

根據測試試驗及分析，該發送器不良是因為功放板前級放大三極管V2 的B、C 端被擊穿，后級輸出三極管V18 的E、C 端被擊穿。在三極管V18 的E、C 端未徹底被擊穿的前期，功放放大電路平衡失效，負半周信號的波形失真導致功出電壓降低，發送器帶載工作能力下降、無法輸出正常的功出電壓，致使冗余系統切換至備發送器工作，但是因為主發送器功放放大三極管為軟故障，空載后又能正常工作，冗余系統又切回到主發送器工作，主發送器與備發送器不斷來回切換，致使軌道電路出現紅光帶的同時，又進而加重三級管E、C 極間的擊穿程度，直到主發送器不能輸出功出電壓，切換到備發送器工作后，軌道電路才能恢復正常。當三級管V18 的E、C 極完全被擊穿，發送器24 V 電源電壓短路，此時控制發送器的斷路器會跳閘。

3.2 案例二

現場工區人員反饋調諧匹配單元在實際應用中電纜對地絕緣性能降低，更換備品后絕緣性能恢復正常。

3.2.1 初步檢查及判斷

調諧匹配單元返修后，對該器材絕緣性能進行了大量測試實驗工作，采用絕緣測試儀輸出直流500 V 電壓，在E1E2與V1V2 之間測試絕緣電阻值，通過常溫、高溫、低溫、交變濕熱等型式試驗，測試結果均大于200 MΩ，沒有發現異常問題。

3.2.2 分析過程及結論

上述型式試驗沒有發現異常問題，懷疑現場應用環境較試驗環境更加惡劣，因為試驗環境較為干燥，故障點又恢復正常了，接下來考慮采用非常規手段做進一步的分析測試。

圖2 現場測試電纜絕緣性能示意圖

現場人員定期按圖2 所示方式測試電纜對大地的絕緣電阻，鋼軌對大地的等效電阻不是無窮大，一般為數十至數百歐姆等級，當調諧匹配單元E1E2 電氣網絡對V1V2 電氣網絡絕緣性能降低時，能夠引起現場應用中電纜對大地絕緣性能下降的問題。所以此次排查的關鍵點是找出E1E2 電氣網絡同V1V2 電氣網絡之間絕緣降低的位置。

圖3 調諧匹配單元實物圖

分析過程中發現，E1E2 電氣連接網絡其中的a 點和V1V2 電氣連接網絡其中的b 點（如圖3 所示）之間起絕緣作用的三防漆有脫落痕跡，然后人為在a、b 之間涂抹潮濕的水汽后，絕緣電阻由正常的大于200 MΩ 下降至27 MΩ，水汽烘干后又恢復到正常值。后續涂抹三防漆后再次測試，絕緣電阻沒有出現降低的問題。因此，E1E2 對V1V2 絕緣性能下降是三防漆脫落導致的。

4 提高器材使用壽命的方法

按器材元器件特性分類，可以分為易損元器件和非易損元器件。易損件如集成電路、電阻、電容、二極管、三極管等，非易損件如電感、晶振、濾波器等。通過對2019 年1 至12 月故障移頻器材原因分析統計和典型故障案例分析發現，易損元器件損壞是導致器材故障的主要原因。要想避開易損元器件的影響，就應加強對器材的日常維護。具體日常維護方法如下：

（1）嚴格按器材操作規程通電使用，工作電壓要穩定，以免器材受到瞬間高電壓沖擊而損壞。

（2）移頻器材工作溫度有著明確要求。室內移頻器材溫度保持在：-5 ℃～+40 ℃；室外移頻器材溫度保持在：-40 ℃～+70 ℃。

（3）電子器材要注意防塵，以免器材內部易損件在靜電效應中而損壞。定期對器材表面進行除塵處理，以免粉塵聚集發生靜電感應而損壞器材。

（4）器材在工作時，要善于聽、聞、觀、測，發現下列異常現象，立即停用并更換器材。

①聽：若聽到器材內發出“滋滋滋”等異常聲，這說明器材內部電路存在異常現象。

②聞：感覺空氣中彌漫著“燒焦”等異味，這說明器材內部電路存在過流、過壓或某元器件已燒毀等異常現象。

③觀：器材在運行中，若發現功出電壓波形波動或異常報警，這說明器材內部電路工作異常。

④測：定期對移頻器材電氣特性進行測試統計并對比分析，發現異常狀況要及時反饋，排除隱患。

5 結束語

本文通過列舉ZPW.2000A 無絕緣軌道電路移頻器材常見故障分析案例以及日常維護方法，為提高器材使用壽命提供針對性措施，確保鐵路信號器材安全穩定運行。