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(tuán)有限公司南京電務(wù)段

1 引言

我國鐵路系統(tǒng)復(fù)雜而龐大，至今我國鐵路總里程數(shù)已超過13 萬公里，完善、高效的鐵路信號系統(tǒng)是保證運輸效率、提質(zhì)增量的重要前提。ZPW2000A 無絕緣軌道電路是鐵路信號系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其工作的穩(wěn)定性、可靠性與鐵路安全運輸有著至關(guān)重要的聯(lián)系。因此應(yīng)對ZPW2000A 無絕緣軌道電路做傾向性故障分析，歸納總結(jié)常見問題點，并掌握日常維護(hù)方法，有效提高器材使用壽命，降低故障率，確保鐵路運輸?shù)陌踩⒏咝?、穩(wěn)定。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與故障分析

為了實現(xiàn)ZPW2000A 無絕緣軌道電路移頻器材的準(zhǔn)確分析，本文收集了2019 年1 至12 月不同規(guī)格型號故障移頻器材相關(guān)數(shù)據(jù)，力求通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他種類器材?，F(xiàn)根據(jù)移頻器材返修情況，在器材種類、型號、返修件數(shù)、現(xiàn)場反映故障現(xiàn)象、測試分析原因等方面進(jìn)行匯總分析，并制作2019 年1 月至12 月移頻器材故障分析統(tǒng)計表，如表1 所示。

（1）按器材種類統(tǒng)計，主要包括發(fā)送器、接收器、衰耗器、調(diào)諧匹配單元、空心線圈、匹配變壓器。

（2）按器材故障現(xiàn)象統(tǒng)計，主要包括器材發(fā)熱嚴(yán)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(tǒng)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(tǒng)計表

3 故障案例分析過程及結(jié)論

由于移頻器材種類繁多，現(xiàn)場使用環(huán)境條件分為室內(nèi)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(jù)不同故障現(xiàn)象，準(zhǔn)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(xiàn)10 s 紅光帶，而后恢復(fù)。經(jīng)現(xiàn)場查看，該區(qū)段主發(fā)送器空開跳閘，并無法再合上，備發(fā)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(fā)送器整機測試情況

發(fā)送器返修后，采用ZPW2000A 移頻測試臺對該器材的各項指標(biāo)進(jìn)行全部測試，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)該器材開機上電后耗電電流已達(dá)到I=9.85 A，工作燈亮紅燈。上述指標(biāo)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(jìn)一步對故障的發(fā)送器進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)功放電路元器件三極管 V1 的 B、C 端擊穿，V18E、C 端被擊穿，導(dǎo)致發(fā)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(fā)送器組裝完畢后，放置于測試臺上進(jìn)行測試，各項參數(shù)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(jié)論

（1）三極管擊穿導(dǎo)致發(fā)送器故障原因分析

圖1 發(fā)送器工作原理圖

從圖1 分析可知：發(fā)送器功放電路為典型乙類推挽放大電路，正負(fù)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(fù)半周信號的波形失真導(dǎo)致功出電壓降低，當(dāng)?shù)陀谳敵鲭妷夯貦z的門限值時，F(xiàn)BJ 落下。

（2）分析結(jié)論

根據(jù)測試試驗及分析，該發(fā)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(fù)半周信號的波形失真導(dǎo)致功出電壓降低，發(fā)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(tǒng)切換至備發(fā)送器工作，但是因為主發(fā)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(tǒng)又切回到主發(fā)送器工作，主發(fā)送器與備發(fā)送器不斷來回切換，致使軌道電路出現(xiàn)紅光帶的同時，又進(jìn)而加重三級管E、C 極間的擊穿程度，直到主發(fā)送器不能輸出功出電壓，切換到備發(fā)送器工作后，軌道電路才能恢復(fù)正常。當(dāng)三級管V18 的E、C 極完全被擊穿，發(fā)送器24 V 電源電壓短路，此時控制發(fā)送器的斷路器會跳閘。

3.2 案例二

現(xiàn)場工區(qū)人員反饋調(diào)諧匹配單元在實際應(yīng)用中電纜對地絕緣性能降低，更換備品后絕緣性能恢復(fù)正常。

3.2.1 初步檢查及判斷

調(diào)諧匹配單元返修后，對該器材絕緣性能進(jìn)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(jié)果均大于200 MΩ，沒有發(fā)現(xiàn)異常問題。

3.2.2 分析過程及結(jié)論

上述型式試驗沒有發(fā)現(xiàn)異常問題，懷疑現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境較試驗環(huán)境更加惡劣，因為試驗環(huán)境較為干燥，故障點又恢復(fù)正常了，接下來考慮采用非常規(guī)手段做進(jìn)一步的分析測試。

圖2 現(xiàn)場測試電纜絕緣性能示意圖

現(xiàn)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(shù)十至數(shù)百歐姆等級，當(dāng)調(diào)諧匹配單元E1E2 電氣網(wǎng)絡(luò)對V1V2 電氣網(wǎng)絡(luò)絕緣性能降低時，能夠引起現(xiàn)場應(yīng)用中電纜對大地絕緣性能下降的問題。所以此次排查的關(guān)鍵點是找出E1E2 電氣網(wǎng)絡(luò)同V1V2 電氣網(wǎng)絡(luò)之間絕緣降低的位置。

圖3 調(diào)諧匹配單元實物圖

分析過程中發(fā)現(xiàn)，E1E2 電氣連接網(wǎng)絡(luò)其中的a 點和V1V2 電氣連接網(wǎng)絡(luò)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(fù)到正常值。后續(xù)涂抹三防漆后再次測試，絕緣電阻沒有出現(xiàn)降低的問題。因此，E1E2 對V1V2 絕緣性能下降是三防漆脫落導(dǎo)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(tǒng)計和典型故障案例分析發(fā)現(xiàn)，易損元器件損壞是導(dǎo)致器材故障的主要原因。要想避開易損元器件的影響，就應(yīng)加強對器材的日常維護(hù)。具體日常維護(hù)方法如下：

（1）嚴(yán)格按器材操作規(guī)程通電使用，工作電壓要穩(wěn)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(nèi)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(nèi)部易損件在靜電效應(yīng)中而損壞。定期對器材表面進(jìn)行除塵處理，以免粉塵聚集發(fā)生靜電感應(yīng)而損壞器材。

（4）器材在工作時，要善于聽、聞、觀、測，發(fā)現(xiàn)下列異?，F(xiàn)象，立即停用并更換器材。

①聽：若聽到器材內(nèi)發(fā)出“滋滋滋”等異常聲，這說明器材內(nèi)部電路存在異常現(xiàn)象。

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

③觀：器材在運行中，若發(fā)現(xiàn)功出電壓波形波動或異常報警，這說明器材內(nèi)部電路工作異常。

④測：定期對移頻器材電氣特性進(jìn)行測試統(tǒng)計并對比分析，發(fā)現(xiàn)異常狀況要及時反饋，排除隱患。

5 結(jié)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(hù)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(wěn)定運行。