高鐵區(qū)間軌道電路電容不良分析及對策

顧 亮，孟 琳

（中國鐵路上海局集團有限公司徐州電務(wù)段，江蘇徐州 221000）

高鐵、客專軌道電路普遍采用客專ZPW-2000A軌道電路，室外調(diào)諧匹配單元內(nèi)的4 700 μF電解電容在較長時間運用后易發(fā)生容值下降問題，且在容值下降、逐漸劣化時無明顯特征進行判別，經(jīng)常出現(xiàn)軌道電路曲線異常波動甚至閃紅光帶問題，給鐵路安全運行帶來安全隱患。徐州電務(wù)段曾發(fā)生區(qū)間改方時軌道電路閃紅和非列車占用紅光帶現(xiàn)象，通過深入調(diào)查和分析，找出問題發(fā)生的原因，針對性地采取防范措施，總結(jié)檢修維護經(jīng)驗，確保設(shè)備良好運用。

1 故障舉例

1.1 案例一

2018年12月10日，京滬高鐵XX站天窗點內(nèi)進行改方試驗時，管內(nèi)7802AG主軌、小軌電壓在23:01-23:36計35 min內(nèi)一起呈拋物線式下降，主軌接收電壓由386 mV降至147 mV；小軌接收電壓由155 mV降至58 mV左右，并出現(xiàn)紅光帶，但方向轉(zhuǎn)換正常。改回正方向后，主軌、小軌電壓升高，紅光帶消失。通過測試分析，判斷原因在7802AG室外發(fā)送端。進一步分析出現(xiàn)故障時電壓曲線出現(xiàn)緩慢下降現(xiàn)象，判斷為軌道電路元器件中非線性原件存在異常。在檢查該區(qū)段室外發(fā)送端調(diào)諧匹配單元時，發(fā)現(xiàn)4 700 μF 電容很燙，隨即更換發(fā)送端調(diào)諧匹配單元。處理后反向試驗良好，主軌、小軌電壓恢復(fù)正常。

1.2 案例二

2018年12月24日09：55，京滬高鐵線蚌埠南-宿州東站間上行線7726BG出現(xiàn)紅光帶。通過集中監(jiān)測回放發(fā)現(xiàn)46號中繼站7726BG發(fā)送功出電壓、電流不變，發(fā)送電纜側(cè)電壓不變；接收電纜側(cè)電壓由14.1 V下降至0 V；7726BG主軌電壓由380 mV下降至0 mV；7726BG小軌電壓由137 mV下降至0 mV，初步分析為7726BG接收端設(shè)備故障。室外應(yīng)急人員測試7726BG接收端軌面電壓為1.786 V，調(diào)諧匹配單元V1、V2電壓為1.763 V，調(diào)諧匹配單元E1、E2間電壓為11 mV,SF-4電纜盒1號、2號端子測試電壓為11 mV。于是甩下E1、E2端子上的電纜，對調(diào)諧匹配單元E1、E2再次進行測試，電壓仍為11 mV，確定判斷為7726BG接收端調(diào)諧匹配單元不良。10：44更換7726BG接收端調(diào)諧匹配單元，更換完畢紅光帶消失。

2 原因分析

針對連續(xù)發(fā)生的器材不良故障，本著“三不放過”原則，杜絕類似故障再次發(fā)生。技術(shù)科主管人員聯(lián)合廠家技術(shù)人員對故障器材進一步檢測分析，是否存在共性的故障點。

2.1 電路原理

調(diào)諧匹配單元內(nèi)的2個 4 700 μF電解電容 C1、C2按反極性串聯(lián)，起隔離直流連通交流的作用，如圖1所示。

圖1 調(diào)諧匹配單元外觀Fig.1 External view of tuning matching unit

電路原理示意如圖2所示。

圖2 調(diào)諧匹配單元電路原理Fig.2 Circuit diagram of tuning matching unit

2.2 測試分析

1）ZPW.PT-2600型調(diào)諧匹配單元由調(diào)諧、電感、匹配3部分組成。

ZPW.PT-2600型調(diào)諧匹配單元的組成如圖3所示。

圖3 ZPW.PT-2600型調(diào)諧匹配單元原理Fig.3 Schematic diagram of ZPW.PT-2600 tuning matching unit

2）設(shè)備狀態(tài)：調(diào)諧匹配單元型號為ZPW.PT-2600，盒體外觀良好無破損，內(nèi)部各連接點及焊點良好。

3）測試匹配部分及絕緣耐壓、絕緣電阻存在異常。

匹配部分電壓、絕緣耐壓及絕緣電阻測試如表1所示。

表1 匹配部分電壓、絕緣耐壓及絕緣電阻測試Tab.1 Test of voltage,insulation withstand voltage and insulation resistance of matching part

4）將電容器C1、C2從設(shè)備取下，對其參數(shù)進行測試。

對電容器C1、C2參數(shù)進行測試如表2所示。

表2 電容C1和C2測試值Tab.2 Test values of capacitors C1 and C2

通過查看調(diào)諧匹配單元原理圖，發(fā)現(xiàn)匹配部分由兩個型號為TL.CDC03 16 V 4 700 μF 鋁電解電容器和變壓器線圈構(gòu)成。將兩個型號為TL.CDC03 16 V 4 700 μF 鋁電解電容器送相關(guān)廠家進行檢測分析，通過檢測發(fā)現(xiàn)兩個電容出現(xiàn)電解液干涸導(dǎo)致電容量下降，電容性能不合格。

5） 更換設(shè)備中兩個4 700 μF電容器后，再對匹配部分進行測試。更換電容后匹配部分測試值如表3所示。

表3 更換電容后匹配部分測試值Tab.3 Test value of matching part after replacing capacitor

2.3 故障原因

經(jīng)過共同測試分析，宿州東46號中繼7726BG接收端調(diào)諧匹配單元中的4 700 μF 鋁電解電容器長期正方向使用導(dǎo)致?lián)p耗較大，電阻升高，致使設(shè)備的匹配部分指標(biāo)出現(xiàn)問題，引起7726BG紅光帶。

京滬高鐵中繼47號管內(nèi)7802AG發(fā)送端調(diào)諧匹配單元中的4 700 μF 鋁電解電容器長期正方向使用導(dǎo)致?lián)p耗較大，容值下降。當(dāng)進行正方向倒反方向改方實驗時，電容器承受反向電壓時的負載加重，原發(fā)送端電容作為接收端電容工作進行放電，但由于“自身容值下降”以及“反向電壓時的負載加重”雙因素的疊加導(dǎo)致正方向倒反方向時調(diào)諧匹配單元的匹配部分不能正常工作，造成7802AG出現(xiàn)紅光帶，當(dāng)?shù)够卣较驎r發(fā)送端電容使用正向電壓，處于充電狀態(tài)，負載較小，所以未出現(xiàn)紅光帶。

2.4 分析結(jié)論

調(diào)諧匹配單元中的電容工作于交流電路中，會承受較大的交流電，長期使用電容器的損耗會逐漸增大。發(fā)送端中的電容承受的交流明顯大于接收端，所以送電端更容易出現(xiàn)電容損耗嚴(yán)重情況。調(diào)諧匹配單元的相關(guān)測試不能只測試阻抗，還需加強對內(nèi)部4 700 μF 鋁電解電容器的測試，提前發(fā)現(xiàn)不良電容。

由于正向時，發(fā)送端電壓電流大，促使電容中電解液受溫高，處于充電狀態(tài)，負載呈現(xiàn)相對較小（但容值低于一定門限，也直接會成開路狀態(tài)）。反向時，發(fā)送端變?yōu)榻邮斩?，電壓電流降低，促使電容中電解液受溫下降，處于放電狀態(tài)，負載加重，加上容值下降，匹配部分不能正常工作。軌道電路反方向時，電容器承受反向電壓時的負載會更重。

京滬高鐵自2011年開通運營已有10年之久，部分設(shè)備器材出現(xiàn)疲勞、性能下降等問題。其中調(diào)諧匹配單元內(nèi)的4 700 μF電容器長期在高溫環(huán)境下工作，造成電容器損耗，容值下降，電容器損耗角增大，直流電阻上升，容易造成軌道區(qū)段電壓波動，甚至出現(xiàn)紅光帶。

3 防范措施

進行專項整治。研究制定了高鐵區(qū)間軌道電路專項整治方案，組織對管內(nèi)京滬高鐵區(qū)間軌道電路964個4 700 μF 鋁電解電容限期更換。更換后設(shè)備運用狀態(tài)良好,未發(fā)生不良反應(yīng)。

加強改方試驗。對于改方試驗如涉及各中繼站時，車間必須在每個中繼站安排勝任人員進行配合；加強與鄰站、鄰工區(qū)及相關(guān)單位的協(xié)調(diào)溝通。改方后試驗時，段調(diào)度監(jiān)控中心及車間檢查工區(qū)及時通過集中監(jiān)測進行盯控分析，發(fā)現(xiàn)不良及時通知現(xiàn)場進行進一步檢查確認(rèn)。發(fā)現(xiàn)緩慢下降現(xiàn)象后要及時匯報并立即組織對整組室外調(diào)諧匹配單元或室外調(diào)諧匹配單元內(nèi)部的兩個4 700 μF 電容進行更換，確保設(shè)備穩(wěn)定。

優(yōu)化ZPW-2000A軌道電路電特性測試。在以往ZPW-2000A軌道電路電特性測試相關(guān)項目的基礎(chǔ)上，段新增了對于室外調(diào)諧匹配單元內(nèi)部4 700 μF 電容每年測試一遍的要求。明確現(xiàn)場車間、工區(qū)對調(diào)諧匹配單元的相關(guān)測試時不能只測試在線阻抗，還需加強對內(nèi)部4 700 μF 鋁電解電容器的測試，提前發(fā)現(xiàn)不良電容，段同時修訂了電特性測試表格，全面指導(dǎo)、監(jiān)督、驗收現(xiàn)場的電特性測試。

制作典型故障信息案例。將本次故障處置過程結(jié)合信號集中監(jiān)測調(diào)閱分析，制作典型分析案例，下發(fā)車間、工區(qū)進行學(xué)習(xí)借鑒。

4 日常維護檢修注意事項

1）方向電路改方試驗應(yīng)在天窗點內(nèi)進行，試驗完成后應(yīng)將方向電路改成正方向（或天窗結(jié)束后首趟列車運行方向）。

2）由于電容為非線性元件，所以改方后出現(xiàn)紅光帶時，軌道曲線不會突然到0，會出現(xiàn)緩慢下降。所以處理高鐵區(qū)段軌道電路改方閃紅光帶時，首先觀察方向電路倒換是否正常，如果方向電路不能正常轉(zhuǎn)換，應(yīng)首先處理方向電路。

3）要及時瀏覽主軌道年曲線，若曲線呈緩慢下降的情況，則初步判斷為室外調(diào)諧匹配單元4 700 μF電解電容不良；如果曲線呈直線下降，則重點檢查FQJ接點。

4）高速鐵路列控方向電路 FQJ、FJ 長期處于正方向位置，存在繼電器接點接觸不良或簧片氧化等各種問題，應(yīng)提前核對圖紙，確認(rèn)相關(guān)區(qū)段 FQJ、FJ 繼電器位置，準(zhǔn)備好 JWXC-1700 繼電器等應(yīng)急備品，做好各項應(yīng)急準(zhǔn)備工作。（當(dāng) JWXC-1700 繼電器備品數(shù)量不夠時，可臨時使用集中監(jiān)測系統(tǒng)的 JWXC-1700 同類型繼電器進行更換。）

5）現(xiàn)場設(shè)備更換前，應(yīng)確保 4 700 μF 電解電容備品型號與現(xiàn)場使用型號一致，對備品的電容值進行測試，一般容值大于4 700 μF方可使用，并做好相關(guān)軌道電路電氣特性測試和數(shù)據(jù)記錄工作。

6）現(xiàn)場設(shè)備更換時，應(yīng)斷開機械室內(nèi)本區(qū)段發(fā)送器、接收器斷路器，將設(shè)備中兩個4 700 μF電解電容一同更換，拆卸過程中，應(yīng)避免用力拉扯電容連接線，防止損壞電容接線焊接端子；安裝過程中，應(yīng)核對電容極性，保證電容極性與印制板標(biāo)注的極性一致（一般情況下電解電容防爆孔處于外側(cè)）。

7）電容更換后，合上室內(nèi)本區(qū)段發(fā)送器、接收器斷路器，軌道電路紅光帶恢復(fù)，調(diào)閱集中監(jiān)測主軌電壓正常后，及時做好相關(guān)軌道電路電氣特性測試及劣化的 4 700 μF 電解電容回收工作。

8）當(dāng)出現(xiàn)“電容接線焊點脫落”、“更換電容后設(shè)備不能正常工作”或“更換電容后設(shè)備前后測試數(shù)據(jù)差距較大”時，應(yīng)立即查明原因，必要時采用調(diào)諧匹配單元備品進行更換處理。

5 總結(jié)

通過分析排查更換高鐵管內(nèi)調(diào)諧匹配單元中的4 700 μF鋁電解電容器記錄的測試數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論。

1）對排查的區(qū)段進行改方后，等待30 min后，恢復(fù)軌道電路正常狀態(tài)，通過集中監(jiān)測查看本區(qū)段30 min的數(shù)據(jù)變化。

若本區(qū)段主軌出電壓逐漸下降，則故障位置在本區(qū)段正向的發(fā)送端。

若本區(qū)段主軌出電壓逐漸上升，則故障位置在本區(qū)段正向的接收端。

如果本區(qū)段主軌出電壓無明顯的變化，則可判斷本區(qū)段調(diào)諧匹配單元良好。

2）如果出現(xiàn)以上主軌出電壓下降或上升情況，調(diào)閱故障位置（發(fā)送端或者接收端）所在調(diào)諧區(qū)的相鄰區(qū)段主軌出電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，如未發(fā)生變化，則可判斷故障為4 700 μF鋁電解電容器故障。如果發(fā)生變化，則故障位置應(yīng)該為調(diào)諧匹配單元的調(diào)諧部分或者鋼軌引接線。

3）采用移頻表測試調(diào)諧匹配單元零阻抗和極阻抗，如果測試零阻抗和極阻抗?jié)M足要求，則調(diào)諧匹配單元調(diào)諧部分良好。如不滿足則判斷調(diào)諧部分故障。