ZPW-2000A 型無(wú)絕緣軌道電路調(diào)諧區(qū)故障分析研究

申 騰

（中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司嘉峪關(guān)電務(wù)段，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

0 引言

隨著ZPW-2000A 型無(wú)絕緣軌道電路的廣泛應(yīng)用，鐵路運(yùn)輸效率得到有效提升，但也出現(xiàn)許多困擾現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備隱患和故障，特別是室外調(diào)諧區(qū)故障，其特點(diǎn)是工作電壓突降、突升，同時(shí)影響兩個(gè)相鄰區(qū)段[1]?，F(xiàn)場(chǎng)時(shí)常發(fā)生電務(wù)人員趕到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)故障已恢復(fù)，或在查找過(guò)程瞬間恢復(fù)，無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，耽誤故障處置時(shí)間。調(diào)諧區(qū)設(shè)備在室外，受外部環(huán)境等不確定因素影響，對(duì)設(shè)備元器件特性、物理連接有更高的要求。

總結(jié)分析調(diào)諧區(qū)設(shè)備元器件特性不良、線纜物理連接失效兩種典型的調(diào)諧區(qū)故障案列，通過(guò)模擬試驗(yàn)，分類論證調(diào)諧區(qū)設(shè)備元器件特性、物理連接對(duì)軌道電路電壓的影響。

1 工作原理

ZPW-2000A 型軌道電路室外部分主要由匹配變壓器和調(diào)諧單元組成。匹配變壓器的V1、V2 端用兩根7.4 mm2的銅線與調(diào)諧單元的外連接片連接，E1、E2 端子接信號(hào)電纜，其中電感、電容元件用于濾波和抗干擾作用[2]。調(diào)諧單元兩端采用鋼包銅引接線與鋼軌連接。本區(qū)段調(diào)諧單元、鋼軌、空心線圈和相鄰區(qū)段調(diào)諧單元構(gòu)成調(diào)諧區(qū)，調(diào)諧區(qū)一般按照29 m 設(shè)計(jì)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相鄰軌道電路的電氣隔離。調(diào)諧單元由LC 元件構(gòu)成，其元件的性能直接影響軌道電路電氣特性，是整個(gè)調(diào)諧區(qū)電路的核心。調(diào)諧區(qū)電路原理如圖1 所示。

圖1 調(diào)諧區(qū)電路原理

FS：發(fā)送端，為區(qū)段提供軌道電路信號(hào)。

JS：接收端，接收來(lái)自本區(qū)段的主軌信號(hào)和運(yùn)行后方區(qū)段發(fā)送的小軌信號(hào)，同時(shí)解析出小軌道條件（XGJ、XGJH）后傳送至后方區(qū)段接收器，當(dāng)缺少小軌道條件時(shí)，接收器不能驅(qū)動(dòng)軌道繼電器[3]。

對(duì)于較低頻率（1700 Hz、2000 Hz）端，設(shè)置L1、C1 兩元件F1 型調(diào)諧單元；對(duì)于較高頻率（2300 Hz、2600 Hz）端，設(shè)置L2、C2、C3 三元件F2 型調(diào)諧單元。

F1（F2）端調(diào)諧單元對(duì)F2（F1）端的頻率為串聯(lián)諧振，呈現(xiàn)較低阻抗，稱“零阻抗”，相當(dāng)于短路，阻止了相鄰區(qū)段信號(hào)進(jìn)入本區(qū)段[4]。對(duì)F1 呈現(xiàn)容性，等效電容為C3。

F1（F2）端調(diào)諧單元對(duì)本區(qū)段的頻率呈現(xiàn)容性并與調(diào)諧區(qū)的鋼軌、空心線圈的綜合電感構(gòu)成并聯(lián)諧振，呈現(xiàn)高阻抗，成為“極阻抗”，相當(dāng)于開路，減少了對(duì)本區(qū)段信號(hào)的衰耗。對(duì)F2 呈現(xiàn)感性，等效電感為L(zhǎng)3。

2 電路模擬試驗(yàn)

由于ZPW-2000A 軌道電路中的信號(hào)為高頻信號(hào)，且整個(gè)調(diào)諧區(qū)電路為“R-L-C 諧振電路”，為更好地了解其軌道電路調(diào)諧區(qū)的電特性參數(shù)規(guī)律，采取“控制單一變量”的方式進(jìn)行故障模擬試驗(yàn)。

2.1 線纜物理連接失效分析

分別對(duì)受端調(diào)諧區(qū)處調(diào)諧單元與鋼軌，調(diào)諧單元BA 與匹配變壓器TAD 間接觸不良對(duì)區(qū)段電壓的影響進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

線纜斷線分析：

（1）將AG 接收端電纜E1、E2 處斷開，現(xiàn)象為該區(qū)段室內(nèi)接收端電壓同時(shí)下降至0 V。

（2）將BG 發(fā)送端調(diào)諧匹配單元單根引接線V1、V2 處斷開，現(xiàn)象為該區(qū)段主軌電壓小幅下降，功出電流小幅下降。

（3）將BG 發(fā)送端調(diào)諧匹配單元單側(cè)引接線V1、V2 處斷開，現(xiàn)象為該區(qū)段主軌出電壓下降至0 V，功出電流大幅上升。

（4）將BG 發(fā)送端調(diào)諧匹配單元E1、E2 處電纜斷開，伴隨的現(xiàn)象為AG 主軌出電壓無(wú)變化，BG 主軌出電壓、AG 小軌出電壓隨電纜開路降為0 V。

2.2 調(diào)諧單元BA 與匹配變壓器TAD 間接觸不良分析

對(duì)AG 接收端調(diào)諧單元BA 與匹配變壓器TAD 間串接不同大小電阻進(jìn)行接觸不良試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。試驗(yàn)證明，隨著BA 與TAD 間接觸電阻的增大，本區(qū)段小軌出電壓隨著降低，本區(qū)段主軌出電壓降低，后方區(qū)段主軌出電壓不受影響。

圖2 調(diào)諧單元BA 與匹配變壓器TAD 間接觸不良試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

2.3 設(shè)備元器件特性分析

對(duì)AG 接收端調(diào)諧區(qū)調(diào)諧單元的電容、電感進(jìn)行故障模擬，計(jì)算相鄰兩區(qū)段對(duì)主軌出電壓的影響，根據(jù)電感“隔交、通直”和電容“隔直、通交”的工作特性，為有效模擬電感、電容特性不良對(duì)調(diào)諧區(qū)電路的影響，本次試驗(yàn)采取在電感、電容兩端并聯(lián)電阻的方式進(jìn)行模擬L2、C2 特性不良試驗(yàn)，分別計(jì)算對(duì)該調(diào)諧區(qū)相鄰兩區(qū)段工作電壓的影響。調(diào)諧單元電感特性不良分析結(jié)果如圖3 所示，為調(diào)諧單元電容特性不良分析結(jié)果如圖4 所示。

圖3 調(diào)諧單元電感特性不良分析

圖4 調(diào)諧單元電容特性不良分析

通過(guò)模擬L2，C2 特性參數(shù)的變化時(shí)可知，AG 接收端調(diào)諧單元內(nèi)部電感、電容元件特性發(fā)生變化時(shí)，會(huì)同時(shí)影響本區(qū)段小軌出、本區(qū)段主軌出和前方區(qū)段主軌出電壓，此時(shí)可判斷該調(diào)諧區(qū)調(diào)諧單元不良。

3 案列分析

3.1 物理連接失效故障

客專線BG 發(fā)生紅光帶，AG 電壓下降。列車運(yùn)行方向上壓入?yún)^(qū)段的順序依次為BG、AG。故障期間，BG 軌出1 電壓460 mV未發(fā)生變化，列車運(yùn)行前方AG 軌出1 電壓由478 mV 下降至216 mV，軌出2 電壓出現(xiàn)無(wú)規(guī)律上升、下降現(xiàn)象，AG 小軌狀態(tài)保持落下，導(dǎo)致BG 紅光帶。故障發(fā)生時(shí)，BG 軌出1 電壓無(wú)變化、AG 軌出1 電壓突降至216 mV，且后續(xù)AG 軌出1 穩(wěn)定在216 mV 不變，可判斷為AG 接收端故障。

根據(jù)圖2 的線纜接觸不良試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)接觸電阻達(dá)8 Ω時(shí)，AG 軌出1 和軌出2 受到影響電壓下降，相鄰的后方區(qū)段軌出1 電壓保持不變。AG 軌出1 電壓由470 mV 下降至212 mV，模擬數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)故障數(shù)據(jù)基本一致。

3.2 設(shè)備元器件特性故障

客專線AG、BG 過(guò)車后發(fā)生故障，AG 主軌出電壓由350 mV下降至190 mV，列車通過(guò)后紅光帶不恢復(fù)，BG 主軌出電壓由350 mV 下降至260 mV。

故障分析：AG、BG 為一前一后兩個(gè)相鄰區(qū)段，列車通過(guò)后，AG 主軌出電壓未能恢復(fù)至接收器吸起門限以上，出現(xiàn)紅光帶遺留；BG 主軌出電壓恢復(fù)至260 mV，未出現(xiàn)紅光帶情況。兩個(gè)區(qū)段主軌出電壓出現(xiàn)同時(shí)變化、同時(shí)恢復(fù)的現(xiàn)象，符合兩區(qū)段間調(diào)諧區(qū)故障后的現(xiàn)象特征。

軌道電路工作電壓無(wú)規(guī)律變化，可結(jié)合案例一判斷此故障與線纜接觸不良無(wú)關(guān)，可推斷BG 發(fā)送端調(diào)諧區(qū)電路可能因外界因素被破壞，從而引起故障發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

處理ZPW-2000A 型無(wú)絕緣軌道電路調(diào)諧區(qū)設(shè)備故障時(shí)，要對(duì)調(diào)諧部分、匹配部分、空心線圈、鋼軌引接線、調(diào)諧單元與匹配變壓器連接線進(jìn)行綜合考慮。只有掌握調(diào)諧區(qū)單元的原理和工作特性，才能有效協(xié)助處理設(shè)備故障，日常維護(hù)時(shí)應(yīng)著重檢查、測(cè)試調(diào)諧區(qū)設(shè)備是否存在“松、虛、斷、破”問(wèn)題，其次做好調(diào)諧區(qū)設(shè)備的電特性參數(shù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并處置。