UM71軌道電路接收器故障處理與預防

龍 鵬

（國能朔黃鐵路發展有限公司原平分公司，山西 原平 034114）

0 引言

朔黃線原平管內區間UM71自動閉塞自2004年7月正式開通運行。經歷17年的運行，因設備器材臨近生命周期，接收器故障造成軌道電路紅光帶、信號機紅燈、機車信號掉碼、兩萬噸列車非正常停車的問題日趨突出，嚴重擾亂了運輸秩序，如何快速判斷和查出接收器故障并制定有效的防范措施，對保障重載列車安全運行具有重要意義[1]。

1 UM71軌道電路

軌道電路是鐵路信號重要的基礎設施之一，它可以實現軌道區段列車占用檢查、鋼軌線路完整性檢查，是列車運行控制系統信息傳輸的通道，它對保障列車運行安全，提高運輸效率起著至關重要的作用。

UM71能完成雙線雙方向四顯示自動閉塞的要求。為了確保安全，UM71自動閉塞設備，TVM300機車信號及超速防護設備組成一種多信息的區間列車間隔自動調整系統。

UM71自動閉塞軌道電路，將鋼軌作為傳輸通道，自動檢查閉塞分區被列車占用的情況，根據閉塞分區被占用的情況，通過信號機的燈光顯示自動變換，用燈光顯示指揮列車運行。通過鋼軌向機車傳輸信息，控制機車信號的燈光顯示，以指揮列車運行。用電氣絕緣節替代機械絕緣節，并在軌道電路中轉輸移頻調制信號，消除各種干擾影響，并可連續向機車發送信息，在軌道電路中傳輸的低頻信息共18個，從10.3Hz～29Hz,以1.1Hz間隔離遞增。分別代表不同的速度控制信息。載頻為1700Hz、2300Hz(下行線路）、2000Hz、2600Hz(上行線路)。

UM71軌道電路室內設備由發送器FSQ、接收器JSQ、軌道繼電器GJ及編碼電路組成；室內外設備經電纜連接組成無絕緣軌道電路；室外設備由調諧單元BA，空芯線圈SVA，匹配單元TAD，補償電容C等設備組成[2]。

2 接收器作用及原理

2.1 接收器作用

接收器作為UM71軌道電路的接收單元，安裝在信號機械室U架上，用于檢查相關區段列車的占用、區分載頻信號、檢查低頻信號、調整軌道電路。朔黃線UM71接收器沒有冗余設計，微機監測對接收器的輸入電壓進行曲線監測，采樣點位于匹配變壓器和限入連接端之間。

2.2 接收器工作原理

接收器采用無選頻電路，當接收到10.3Hz～29Hz調制的1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz移頻信號時，軌道繼電器吸起。為防止輕車跳動時軌道電路出現“假空閑”，接收器設備接收移頻信號后延時2.1s，才使軌道繼電器吸起。在圖1中從軌道電路接收端傳輸的移頻信號，經匹配單元、電纜等送入接收器。匹配變壓器完成軌道電路調整的作用，再經限幅、濾波、鑒幅、鑒頻、低頻信號檢查、執行開關等環節，最后動作軌道繼電器。

圖1 接收器原理圖

匹配變壓器（TR1）如圖2所示，集中區段由V1V2輸入，輸入阻抗為35Ω～55Ω。由R3～R10可以組成73種接收等級（73匝）。軌道電路的調整應根據不同頻率、軌道長度及軌道類型等條件。再根據接收等級查找接收盒調整表，連接R1、R2 與 R3～R10 ，輸出不同等級的接收電平。

圖2 匹配變壓器原理圖

在高頻振蕩電路中，接入了延緩電路，當C-C2連接時，利用電容上電壓不能突變的原理，使高頻振蕩器晚起振2.1s，以防止小車進入軌道后跳動，造成軌道繼電器誤動。

3 接收器運行狀況

據統計，管內2017—2020年UM71接收器故障共39件，占故障總數的69.6%。呈多發趨勢，統計表見表1。

表1 2017 —2020 年接收器故障統計表

梳理4年來接收器問題，主要包括閃紅、電壓下降、紅光帶三種現象，主要原因為設備器材老化。咨詢廠家生產線上已經停止生產UM71的相關器材，管內使用的接收器大多生產日期為2004年4月，上線運行將近17年，廠家一是不愿意檢修，二是沒有檢修的意義。采取措施：一是組織各站進行了接收器狀態摸底，具體方法為各站各頻率的接收器，任意選取其中一臺當作試驗基準，逐一更換試驗在線的接收器并記錄試驗接收器的限入電壓差值，限入電壓差值正數越大，說明原接收器性能越好，反之差值負數越大，性能越差。通過摸底調查，管內性能最好與最差的接收器限入電壓最大差值為75mV，差值平均數為35mV，差值超過35mV的接收器有55個，已經重點對這些區段進行重點盯控和觀察，力求找到故障規律；二是總結幾年來的接收器故障傾向，組織技術力量專題攻關，編制了《UM71自動閉塞接收器故障處理指導建議》；三是利用專家診斷語音報警功能進行24小時不間斷監控，及時發現并快速處理曲線異常問題[3]。

4 典型案例分析

接收器設備故障主要有軌道電路穩定紅光帶、瞬間或短時紅光帶后故障自動恢復、電壓異常波動未出現紅光帶等三種現象。其中第二類瞬間或短時紅光帶后故障自動恢復故障大多持續時間僅幾秒至幾十秒，由于微機監測采集點以及響應時間問題，微機監測曲線數據不能準確反映出故障實際現象，因此在故障處理時給電務人員帶來了極大的困難，結合現場幾起案例分析如下。

案例1：2017年4月2日1時35分，某站B5G紅光帶，經電務人員檢查發現B5G1和B5G2兩個區段均紅光帶，由于大軌切小軌原理，因此判斷為B5G2區段故障，立即測試發送器功出電壓49V（正常），限入電壓80mV（正常為519mV），再測試分線盤電壓16.9V（正常），判斷故障在室內側，類似故障多為容性元件故障較多，若分線盤也存在低壓波動則多為室外補償電容故障，而該故障分線盤電壓正常，則多數為接收器容性元件故障所致。

案例2：2018年9月13日11時57分，某站B4G發生紅光帶故障，經電務測試B4G1限入0mV，B4G2限入482mV（正常），查看發送器功出曲線，B4G1功出0V（正常為63.5V），B4G2功出64.1V（正常），通過查看微機監測B4G1沒有功出和限入電壓，B4G2功出和限入正常且B4G1發送器沒有倒N+1，判斷為B4G2接收器故障。電路分析如下：結合圖3的發送器N+1冗余功能原理圖分析，造成發送器沒有功出且沒有切換至N+1的原因為G2J落下導致+1FBJ保持吸起狀態且不能落下，同時由于G2J落下切斷了原發送器和N+1發送器編碼電路，造成G1無功出的現象，與曲線顯示相符。

圖3 發送器N+1冗余系統原理圖

案例3：2018年9月13日11時57分，某站A4G閃紅光帶故障，經電務測試A4G1限入電壓60mV波動，A4G2限入482mV（正常），經分析判斷為接收器特性不良，更換后接收限入曲線未再發生波動現象，設備運行正常。綜合分析：針對區段閃紅或不紅，但限入電壓數據有小幅波動；查看微機監測曲線，該區段的功出和低頻信息正常，但限入電壓有20mV～100mV波動，根據多年區間軌道電路維護經驗，發現隨著接收器設備老化的加劇，因接收器特性不良而造成限入電壓異常問題尤為突出，該問題包括短暫波動后自動恢復正常和持續波動。該問題通過微機監測每日曲線分析均能夠及時發現，基于當前處于接收器故障多發，建議先更換接收器觀察區段限入電壓是否恢復正常，再做進一步判斷和處理。

案例4：2019年4月25日，某站D2G軌閃紅光帶，經電務人員查看D2G1、D2G2區段限入電壓均正常，研判為D2G1接收器材質不良，更換后未再出現類似故障。綜合分析：區段瞬間閃紅，但查看微機監測曲線，G1、G2軌道區段的功出、限入、低頻信息等數據均正常，根據大軌切小軌的原理，如果大軌區段閃紅會造成小軌區段無功出，因此判斷為小軌區段存在問題。根據微機監測數據采集點分析接收器R1R2位置電壓正常，則判斷為G1的接收器存在問題；上述分析僅為理論判斷，出現該現象的原因是故障時間過短，此時的監測曲線數據不能準確反映出軌道電路的工作狀態，因此故障點既可能是G1、也可能是G2，處理時建議將G1和G2區段的接收器全部更換。

5 設備繼續運行建議

設備繼續運行的建議有如下幾點：1）加強對送電端、受電端分線盤數據的采集和監測，便于進一步分析軌道電路故障點在送端還是受端，同時便于專家診斷系統對故障判斷和分析，及時并準確地給出故障原因及處理意見，壓縮故障延時。2）對接收器老化，超生命周期使用，建議在接收器的輸入端，即匹配變壓器的輸入端以及整流輸出給繼電器的電源端均增加監測項目，便于故障的分析指導。3）接收器故障時沒有報警提示， 且沒有冗余設計。設備故障后沒有相應的報警功能，導致電務維修人員不能在第一時間發現設備故障，只能等司機發現前方信號機紅燈后報告車站，再由車站通知電務人員，造成故障延時較長。目前正在開發故障識別檢測軟件，并將問題通知系統即可解決此問題。

6 預防措施探析

接收器自2004年上道使用以來未曾下道檢修或檢測，因其內部均為電子元件，其在線運行正常的情況下，下道檢測也沒有實際意義，為此接收器設備一直采用故障檢修的方式進行管理；目前對設備老化過程的維護管理，主要思路如下。1）完善監測數據分析，提升設備運用質量。隨著電務微機監測設備的開通使用，開啟了電務設備運行實時監測模式，電務專業優化監測數據，合理設置單項設備預警上下限值，增加參考曲線，規范了Ⅰ級Ⅱ級和Ⅲ級預警報警范圍，制定日常微機監測曲線查看周期，提高了微機監測數據分析和管控水平，真正實現管內電務設備“動態監測、靜態監控、重點檢修”的管控目標，為設備的維修養護、隱患排查提供了有效的數據支持，提升設備運行質量。2）采用專家診斷系統，完善數據分析和預警功能。2014年完成專家診斷系統功能的深度開發和優化，開發了18項監測分析功能，完善自動分析和預警；新增10類200項數據統計，掌握更多設備的運用狀態，為研究信號設備維修規律提供了數據依據。對發送器有車占用和故障狀態進行邏輯判斷，有車占用不報警，發送器功出電壓異常下降時準確發出預警。開發了對設備使用頻次進行分類統計功能。經調查統計，現場設備的使用頻次差距較大，設備運行狀態與設備的使用頻次及過車數量成比例關系，統計設備的使用頻次和過車數量，按照比例推算，可確定設備規律修的周期，徹底杜絕設備的過剩修、重復修和維修不及時。專家診斷系統各項功能的開發，將大大減少人工的使用。3）細化《UM71故障處理指導建議》。總結UM71設備運行經驗，結合UM71設備工作原理、電氣參數、天氣影響、道床變化和施工干擾等因素，細化《UM71故障處理指導建議》，對故障原因進行剖析和歸類，并結合不同地域和環境軌道電路制定了多項防范措施，通過幾年的實施，有效減少UM71設備故障對運輸的干擾。 4）制定《UM71軌道電路雨雪天氣調整管理辦法》。隨著線路逐年老化，統計UM71軌道區段漏泄較多，共計55個漏泄區段，大于900米的10個區段，小于900米的45個區段，在霧霾或雨雪等惡劣天氣時，必須配置相應的電務人員進行盯控，并進行相應調整，并嚴格執行UM71軌道電路雨雪天氣的盯控制度，按照《UM71軌道電路雨雪天氣調整管理辦法》進行調整。

7 結語

綜上所述，朔黃線UM71自動閉塞設備已經上線運行17年，目前正值超生命周期運行，為了能夠滿足山區鐵路安全可靠、穩定有序運行的要求，需要繼續對接收器進行嚴加監測、防范和管理，從而繼續保持區間UM71閉塞設備的平穩運行[4]。隨著區間自動閉塞設備大修施工的推進，工作人員需要精心管理、科學研判、不遺余力確保區間自動閉塞設備的穩定運行，任重而道遠。