遠距離三相交流道岔表示故障解決方案探討

曾科智

（中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，成都 610031）

某高鐵車站遠距離道岔101#、103#聯(lián)鎖試驗發(fā)現(xiàn)：101#道岔尖2、尖5、尖6室外道岔箱盒中斷開X1控制芯線時，室內(nèi)道岔表示繼電器不能可靠落下；103#道岔尖1室外道岔箱盒中斷開X1控制芯線時，室內(nèi)道岔表示繼電器不能可靠落下。101#、103#道岔類型為60 kg 42號道岔，圖號：客專（07）006，轉(zhuǎn)轍設(shè)備采用九點牽引的ZYJ7三相交流轉(zhuǎn)轍機，其中101#道岔控制電纜長度約4.3 km，103#道岔控制電纜長度約3.6 km。101#、103#道岔室內(nèi)控制電路按部頒標準圖（圖號DS0501）進行設(shè)計，并按照中國鐵路總公司運輸局2015年11月9日發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)遠距離三相交流道岔表示故障研討會議紀要》（運電信號函[2015]443號）的要求[1]，101#、103#道岔室外控制電纜X1與X2～X5芯線進行了分纜設(shè)計，但現(xiàn)場試驗時仍然存在室內(nèi)道岔表示繼電器不能可靠落下的故障現(xiàn)象。

1 故障原因分析

1.1 三相交流道岔表示繼電器吸起原理分析

如圖1所示，以道岔定位表示DBJ為例，假設(shè)道岔變壓器二次側(cè)4號端子為正、3號端子為負，當(dāng)正弦交流電源正半波時，DBJ勵磁吸起，與DBJ并聯(lián)的另一支路，因整流二極管Z反向截止，電流基本為零；當(dāng)正弦交流電源負半波時，在DBJ和整流二極管Z兩條支路中，由于整流二極管Z呈正向?qū)顟B(tài)，其支路的阻抗要比DBJ支路的阻抗小得多，電流主要經(jīng)整流二極管Z支路流過，由于DBJ線圈感抗大，且具有一定的電流遲緩作用，因而DBJ保持在吸起狀態(tài)。

圖1 三相交流道岔室內(nèi)控制電路定位表示回路Fig.1 Positioning presentation circuit of three-phase AC switch for indoor control circuit

1.2 三相交流道岔表示故障原因分析

如圖2所示，通常情況下，道岔控制電路中X1芯線斷線后，X1與X2、X4芯線間線路處于斷開狀態(tài)，DBJ應(yīng)失磁落下[2]。但是，道岔控制電纜芯線間存在分布電容，X1與X2芯線間存在分布電容C1-2、X1與X4芯線間存在分布電容C1-4、X1與X3芯線間存在分布電容C1-3。道岔表示變壓器BD1-7 II次側(cè)110 V交流電經(jīng)芯線間分布電容C1-3、C1-4及DBJ與整流二極管Z形成回路。隨著道岔控制電纜長度的不斷增加，其容抗不斷減小，回路的電流隨之不斷增大，當(dāng)達到一定程度，回路中的DBJ就不能可靠落下[3]。

圖2 三相交流道岔室內(nèi)控制電路定位表示回路及分布電容Fig.2 Positioning presentation circuit and distributed capacitance of three-phase AC switch for indoor control circuit

通過以上原理分析可知，X1芯線斷線后，道岔表示電路中芯線間分布電容是造成DBJ不能可靠落下的根本原因，而芯線間分布電容與控制電纜長度、芯線截面、芯線間距離等因素相關(guān)。一般情況下，控制電纜長度越長、芯線截面越大、芯線間距離越近，分布電容越大；反之，控制電纜長度越短、芯線截面越小、芯線間距離越遠，分布電容越小。

2 故障解決方案

2.1 設(shè)置獨立線路所方案

將遠距離道岔按獨立線路所考慮，信號系統(tǒng)設(shè)置原則與中間車站一致，設(shè)置行車調(diào)度指揮系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、信號集中監(jiān)測系統(tǒng)等，同時配套房屋、電力、暖通、通信等設(shè)施。

優(yōu)點：有效縮短道岔控制電纜長度，降低道岔控制表示電纜芯線間的分布電容，室外道岔箱盒中斷開X1芯線時，道岔表示繼電器能可靠落下，能徹底解決遠距離三相交流道岔表示故障問題[4-5]。

缺點：工程投資高，工程涉及面廣，需設(shè)置一套獨立的信號系統(tǒng)，配套生產(chǎn)房屋，增加電力、暖通、通信等設(shè)施。

2.2 采用“主站+子站”方案

在遠距離道岔附近（以下描述為子站）設(shè)置道岔控制設(shè)備，采用道岔遠程控制方式納入主站集中控制[6]。如圖3所示，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采用聯(lián)鎖機與電子終端分設(shè)的方式，將電子終端設(shè)置在子站，通過光纖環(huán)接至站內(nèi)聯(lián)鎖機，實現(xiàn)道岔遠程控制。

圖3 聯(lián)鎖系統(tǒng)總體方案示意Fig.3 Schematic diagram of the overall scheme of interlocking system

主站聯(lián)鎖系統(tǒng)配置維持不變；子站聯(lián)鎖系統(tǒng)配置電子終端柜和電源柜，新設(shè)智能電源屏、集中監(jiān)測系統(tǒng)、組合架、接口柜、防雷分線柜，同時配套房屋、電力、暖通、通信等設(shè)施。主站聯(lián)鎖機與子站電子終端之間通過光纖進行通信，采用不同物理徑路雙側(cè)各4芯光纖通道。

優(yōu)點：有效縮短道岔控制電纜長度，降低道岔控制表示電纜芯線間的分布電容，室外道岔箱盒中斷開X1芯線時，道岔表示繼電器能可靠落下，能徹底解決遠距離三相交流道岔表示故障問題。

缺點：工程投資較高，工程涉及面廣，需設(shè)置子站聯(lián)鎖電子終端設(shè)備，配套生產(chǎn)房屋，增加電力、暖通、通信等設(shè)施。

2.3 控制電纜芯線分纜分溝方案

在道岔控制電纜X1與X2～X5芯線分纜的基礎(chǔ)上，將X1與X2～X5控制電纜分溝敷設(shè)，增加芯線間距離，減小芯線間分布電容。

優(yōu)點：增加了X1與X2～X5芯線間距離，減小了芯線間分布電容，進一步解決了遠距離三相交流道岔表示故障問題，投資增加少。

缺點：現(xiàn)場測試工程中，由于現(xiàn)場特定環(huán)境，個別道岔仍然存在表示故障現(xiàn)象，未能徹底解決遠距離三相交流道岔表示故障問題。

2.4 調(diào)整道岔表示變壓器輸出電壓方案

交流道岔控制電路中，電源屏輸出的道岔表示額定電壓為AC 220 V[7]，經(jīng)道岔表示變壓器BD1-7降壓為AC 110 V，再通過信號電纜輸出至室外轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部，經(jīng)過整流器、表示接點后，再回到室內(nèi)為表示繼電器提供交流半波電源，電源值一般在DC 20 V以上。而道岔表示繼電器采用JPXC-1000型偏極繼電器，其工作電壓范圍為DC16～24 V，還存在DC16～20 V的調(diào)整空間，將表示繼電器工作電壓調(diào)整到下限D(zhuǎn)C16 V附近，室外道岔箱盒中斷開X1，是否可以減小分布電容對道岔表示的影響。

為此，進行現(xiàn)場測試驗證。由于道岔表示變壓器BD1-7變比是固定的2：1，現(xiàn)場通過BXG3-35型信號隔離變壓器調(diào)整BD1-7道岔表示變壓器I次側(cè)輸入電壓，調(diào)整道岔表示繼電器端電壓為18 V，進行X1芯線斷表示試驗和數(shù)據(jù)測試。以上述道岔101#尖5、尖6為例，現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 道岔101# 尖5、尖6現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)Tab.1 Field test data of Point 5 and Point 6 for switch 101#

試驗結(jié)果表明，調(diào)整道岔表示變壓器I次側(cè)輸入電壓，將道岔表示繼電器端電壓保持在DC16～18 V，既能確保在遠距離道岔箱盒處斷開X1線時，表示繼電器能可靠落下，也能確保道岔正常使用時，表示繼電器可靠動作。同時，按照繼電器技術(shù)條件，表示繼電器釋放值應(yīng)不小于4 V， 篩選釋放值高于5.5 V的表示繼電器，方案的可靠性將更高。

優(yōu)點：可在道岔控制電纜X1與X2、X5芯線分纜基礎(chǔ)上進一步解決遠距離三相交流道岔表示故障問題，投資增加少。

缺點：方案涉及到道岔控制電路中表示回路電源需要局部修改（增加隔離變壓器進行調(diào)壓），其有效性和可靠性還需進一步驗證。

2.5 控制芯線與表示芯線分設(shè)方案

研究采用新的七線制道岔控制電路，在原有道岔控制電路基礎(chǔ)上，將道岔表示電路分離出來，相應(yīng)的道岔控制芯線與道岔表示芯線進行分開設(shè)置，消除道岔控制電纜產(chǎn)生的芯線間分布電容對道岔表示的影響。如圖4所示。

圖4 三相交流道岔七線制道岔控制電路Fig.4 Seven-wire switch control circuit for three-phase AC switch

優(yōu)點：能徹底解決遠距離三相交流道岔表示故障問題，投資最省。

缺點：按照《關(guān)于嚴格執(zhí)行部頒標準道岔控制電路的通知》（運基信號電[2009]1147號）的要求，新的七線制道岔控制電路需按相應(yīng)的審查程序批準后，再按相應(yīng)的建設(shè)管理流程實施。

3 結(jié)論

綜上5個方案優(yōu)缺點比較，建議工程施工過程中可遵循以下原則進行設(shè)計。道岔控制芯線與表示芯線分設(shè)方案在獲得相關(guān)建設(shè)流程批準使用后，建議應(yīng)優(yōu)先采用此方案。反之，建議新建工程優(yōu)先采用獨立線路所方案，其次可采用“主站+子站”方案；既有改造工程優(yōu)先采用控制電纜芯線分纜分溝方案，若仍然存在道岔表示故障現(xiàn)象，可在其基礎(chǔ)上結(jié)合調(diào)整道岔表示變壓器輸出電壓方案實施。