S700K 道岔動作功率曲線分析應用

李強強 中國鐵路上海局集團有限公司上海高鐵維修段

我國高鐵的快速發展，極大地提升了鐵路的運輸效率。S700K 提速道岔是高鐵重要的信號設備，是高速列車運行的基本保障。一旦出現故障，將造成列車晚點，影響行車效率。信號集中監測系統記錄的道岔功率曲線反映了道岔尖軌推拉力，也是處理道岔故障的重要手段。在道岔發生故障時，通過對功率曲線的分析，能夠輔助判斷故障點，指導現場有針對性地進行故障處理。在道岔日常巡檢修中，通過對功率曲線的周期性調看分析，同時與參考曲線比對，反映出道岔在轉換過程中受力情況和機械性能。并設置超時超限報警功能，及時發現道岔隱患，避免故障。而對于監測自身，道岔功率曲線記錄不良或監測不準確時也應記錄并及時處理?；诖?，針對功率曲線在實際應用中存在的弊端，提出了合理化建議。

1 交流轉轍機動作功率曲線采樣原理

交流三相轉轍機動作功率監測采用電流功率傳感器，分別采集電機動作時的電壓值和電流值，通過公式P=UIcosθ計算出實時功率值（θ 是電壓與電流的夾角）。三相電壓是在斷相保護器（DBQ）端子 11、31、51 上采集，三相電流是在DBQ 輸出與 1DQJ（1DQJF）接點之間采集。當1DQJ 吸起時，1DQJ 開關量的變化啟動互感器采集電機動作時的電壓值和電流值，互感器內部對其隔離轉換，每40 ms 計算并記錄一個有功功率的采集點，直到動作完成采集結束，經過采集單元對數據的處理，利用485 總線將數據傳輸給站機。如圖1 所示。

圖1 交流轉轍機動作功率曲線采樣原理圖

在運用功率曲線分析道岔故障之前，要對S700K 提速道岔動作過程進行分段處理。當1DQJ 吸起時，道岔功率曲線開始記錄。2DQJ 轉極，道岔功率曲線將出現一個較大峰值，道岔開始動作。動作過程分為解鎖、轉換、鎖閉，此時功率曲線較為穩定。動作完成，1DQJ 緩放直至落下，停止記錄功率曲線。

2 功率曲線的“機械特性”

在實際應用中發現，功率曲線的變化反映了道岔機械性能的變化。不論是在道岔的日常巡檢修中，還是在處理道岔故障時，功率曲線的分析是判斷道岔狀態的重要依據。下面用實際案例來談談功率曲線“機械特性”的應用。

2.1 道岔卡阻隱患

監測瀏覽發現某站24#道岔超時超限，24# 尖 1 定到反動作時間 6.28 s，功率由 373 W 上升至 574 W；24# 尖 2 定到反動作時間7.4 s，功率由385 W 上升至563 W；24#尖3 定到反動作時間5.8 s，功率由529 W 上升至702 W。功率曲線如圖2 所示。

圖2 24#道岔尖2 功率曲線

分析功率曲線可知尖2 在轉換過程中受阻，但在尖1 和尖3 的帶動下被強行拉到鎖閉位置，懷疑尖2 道岔機械部分卡阻、缺油或滑床板有雜物。工區值班人員上道發現第九塊滑床板有異物，對其清掃、涂油處理，設備恢復良好。

2.2 不解鎖故障

某站20#道岔定到反無表示，調閱功率曲線發現，故障時20#芯1、芯2 定到反動作 30 s，芯 1 回扳 0.44 s，芯 2 回扳2.2 s,單操一次，定、反位表示均恢復正常，如圖 3、4 所示。

圖3 20#道岔芯1 功率曲線

圖4 20#道岔芯2 功率曲線

從圖3、4 可以看出，大致原因應該是20#芯1 不解鎖，因回扳時間0.44 s，說明室外道岔桿件還沒有動作，進一步確定為轉轍機內部不解鎖導致道岔操縱無表示。現場上道檢查發現20#芯1 的TS-1 接點滾輪碎裂，造成鎖舌被卡住，無法彈出，導致道岔解鎖困難，現場更換了TS-1 接點，現設備恢復正常。

2.3 不鎖閉故障

某站10#定到反無表示，調閱功率曲線發現，故障時某站10#芯1 定到反無表示，動作時間30 s，操縱兩個來回后恢復,曲線仍然異常，回扳曲線與正常曲線一致。如圖5 所示。

圖5 10#道岔芯1 功率曲線

從圖5 可以看出，回扳時間跟正常曲線時間一樣，說明道岔已動作到位，大致原因應該是卡缺口或機內卡阻，查看故障時的缺口監測，缺口逐漸跑偏，可以大致確定轍機卡缺口導致道岔操縱無表示?，F場上道處理發現密貼較松，缺口較偏，導致道岔不鎖閉。

3 功率曲線的“小臺階”特性

功率曲線的尾部俗稱“小臺階”，實現了對道岔表示電路各接點的檢查。利用“小臺階”這一特性能夠幫助現場迅速判斷出故障現象。

3.1 道岔動作功率曲線“小臺階”的形成原理

道岔正常轉換到位后，自動開閉器接點切斷道岔啟動電路，此時BHJ 落下，使得1DQJ 自閉電路斷開。在1DQJ緩放的過程中，由于道岔轉換到位后，三相交流電通過室內的1DQJ、1DQJF 前接點和室外自動開閉器接點構通回路，產生兩相小電流即功率曲線的“小臺階”?！靶∨_階”持續的時間就是1DQJ 的緩放時間（《維規》中規定：24 V 條件下，JWJXC-125/80 型繼電器在失磁時緩放時間不小于0.5 s）。因此，道岔功率曲線中的“小臺階”能反映出表示通道的狀態。

每次扳動時道岔“小臺階”的數值應保持穩定，為200 W 左右，“小臺階”的功率值發生變化通常說明室外二極管及電阻的阻抗發生了變化?！靶∨_階”的變化在日常維修及故障處理中能夠提供極其重要的信息，下面就以實際案例來說明其重要性。

3.2 無表示室內故障

某站3#道岔反到定無表示，故障時3#尖1 反位操縱定位無表示，動作時間與正常時間一樣，功率曲線無“小臺階”，缺口正常，單操多次，定位表示仍未良好。如圖6 所示。

圖6 3#道岔尖1 功率曲線

從圖6 可以看出，故障時動作時間跟正常曲線時間一樣，說明道岔已動作到位，道表交直流電壓110 V/0 V，說明是室外開路故障，功率曲線無“小臺階”，1DQJ 緩放時未形成回路，綜合判斷大致原因應該是轉轍機內部接點、密檢器的缺口。經現場檢查發現3#J1-A1 密檢器機蓋盤根槽側邊與動接點支架拉簧接頭存在磨卡痕跡，分析判斷故障因動接點支架拉簧接頭與密檢器機蓋盤根槽側邊磨卡造成動接點未能轉換到位，因而造成定位無表示。

3.3 無表示室外故障

某站13#道岔芯2 定位操縱反位后無表示，回操定位表示正常，13#芯1 動作正常。通過調閱功率曲線發現，13#道岔芯2 定到反動作時長7.84 s，來回動作4 次，故障現象一致。功率曲線如圖7 所示。

圖7 13#道岔X2 功率曲線

分析功率曲線可知，道岔動作結束，鎖閉之后沒有形成“小臺階”，說明在X1、X3 之間回路不通。反位無表示時，交流電壓4.6 V，直流電壓0 V，可判斷為室內表示電源未送出，為室內開路故障。道岔回操定位動作正常，表示正常，可判斷X1 良好。故重點懷疑X3 室內部分2DQJ的121-123 接點接觸不良。S700K 轉轍機使用的是三相交流380 V 的電，在道岔動作過程中，由于三相不平衡電流，芯2 轉轍機拉力不足，導致芯2 是由芯1帶著走（3 s-4 s 功率曲線升高）?，F場檢查13#芯2 的2DQJ，發現繼電器121-123 接點有異物，更換后道岔操縱良好，設備恢復正常。

通過上述兩個案例說明，在利用道岔功率曲線“小臺階”缺失這一特性判斷故障現象時，我們還需要結合道表電壓值才能準確分析出故障原因。

當道岔動作正常，功率曲線的“小臺階”數值正常但時間過長，說明室外經由二極管的表示通道已構通，道岔到位后1DQJ 自閉電路未斷開，BHJ 未落下，可分析判斷得知原因為DBQ 特性不良。

通過對自己在工作中遇到的實際案例分析，功率曲線的重要性已經不言而喻了。而在實際應用中，監測自身采集問題所導致的虛假信息會誤導監測人員對現場道岔狀態（或故障現象）的錯誤判斷。所以要加強對監測設備自身的維護，使其能夠穩定地提供準確信息，比如監測采集模塊以及相關采集配線。

4 優化報警功能

在實際應用中，為了使功率曲線更準確真實地反映道岔工作狀態，我們對監測軟件程序做了部分優化，修改了功率曲線精度系數，減少了采集誤差。在針對功率曲線的實時性方面，分別設置了超時和超限報警。（1）對道岔的各個牽引點的標準動作時長加0.3 s，做為功率曲線的超時報警值。若有道岔超時，則會彈窗加聲音報警。（2）根據道岔每個牽引點的標準功率曲線，增加100 W 做為超上限報警。若有功率超限，則會彈窗加聲音報警（輝煌版本的超限設置可以做進一步優化，在道岔功率曲線采集的每一個點跟標準的曲線做對比，增加100 W 為超上限報警值）。通過超時超限報警，監測人員能夠及時發現道岔異常，消除安全隱患。

5 合理化建議

目前采用人工方式分析由微機監測系統提供的S700K 轉轍機動作功率曲線來判斷轉轍機的工作狀態，這種方式完全依賴維修人員的專業知識和工作經驗，而且存在著誤判，漏判以及分析時間長，故障分析效率低下的問題。針對上述問題，現提出一些個人建議：應用智能技術可以實現S700K 轉轍機的故障分析和定位。對從現場采集的轉轍機動作功率曲線數據進行分析，提取其數據的特征向量，利用遺傳算法優化參數，通過神經網絡方式可以有效地處理轉轍機的運行狀態和各故障參數之間的關系，只要樣本充足就可以保證神經網絡學習和分析的可靠性，而微機監測系統可以為此提供大量的現場數據。此方法能夠提高轉轍機故障診斷的精度與速度，實現故障的智能分析和定位。

在高鐵快速發展的背景下，道岔設備質量穩定可靠相當關鍵。在日常工作中，我們要不斷學習總結，加強對道岔功率曲線的監測分析，及時發現道岔狀態異常，確保設備安全運行。