JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器的故障探究及改進(jìn)

王 俊，劉 偉，許鴻飛

（1.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京電務(wù)段，南京 210011；2.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

駝峰控制系統(tǒng)對(duì)駝峰調(diào)車進(jìn)路（DXJ）、道岔的鎖閉繼電器（SJ）、場(chǎng)聯(lián)的關(guān)鍵繼電器采用動(dòng)態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行控制，部分站場(chǎng)選用JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器。

2018年7月26日，中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱上海局）蕪湖東駝峰場(chǎng)遭遇雷擊后，現(xiàn)場(chǎng)使用的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖沒(méi)有驅(qū)動(dòng)的情況下直接吸起，系統(tǒng)報(bào)警控表不一致后，切斷計(jì)算機(jī)輸出電源，繼電器仍無(wú)法落下，引起故障報(bào)警。

1 JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器工作原理

JSDXC2-1700 型動(dòng)態(tài)繼電器原理如圖1所示。該繼電器包含雙路功能電路的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路板部分和繼電器負(fù)載部分，雙路功能電路分別對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的A、B機(jī)使用，兩路原理完全相同，兩光可控硅控制的繼電器負(fù)載工作電源部分共用，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路板的輸入電源分別為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制信號(hào)、繼電器工作電源，其負(fù)載為繼電器線圈如圖1中的J所示。

圖1 JSDXC2-1700 型動(dòng)態(tài)繼電器原理Fig.1 Schematic diagram of JSDXC2-1700 dynamic relay

以其中一路繼電器電路為例，詳述繼電器工作原理：動(dòng)態(tài)繼電器正常工作時(shí)需要3個(gè)輸入信號(hào)，分別是DC24 V，DC24 V、1 Hz方波信號(hào)和AC24V：DC24V為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開關(guān)電源；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸出的控制電源為DC24 V、1 Hz方波信號(hào)，其低電平為0 V，高電平為24 V；AC 24 V為電源屏提供動(dòng)態(tài)繼電器的負(fù)載線圈的工作電源。當(dāng)需要繼電器吸起時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向繼電器輸入方波信號(hào)，繼電器吸起；當(dāng)3個(gè)電源中任一條件不滿足時(shí)，繼電器落下。

圖1中，4 和63 端子輸入的 AC24 V為動(dòng)態(tài)繼電器的負(fù)載部分繼電器線圈的工作電源，電源的導(dǎo)通受到動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路中S22MD1V光可控硅輸出側(cè)控制。52、61端子輸入 DC24 V，51和 61端子輸入 DC24 V、1 Hz方波信號(hào)，61端子為DC24 V的公共負(fù)極。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作，對(duì)動(dòng)態(tài)繼電器輸入穩(wěn)定DC24 V、1 Hz方波信號(hào)，當(dāng)方波信號(hào)處于低電平時(shí)，TLL113光耦處于截止?fàn)顟B(tài)，電容C1充電；當(dāng)方波信號(hào)處于高電平時(shí)，TLL113光耦導(dǎo)通，C1通過(guò)光耦放電，導(dǎo)通光可控硅S22MD1V，同時(shí)給C3充電。當(dāng)方波信號(hào)再次處于低電平，TLL113光耦截止，電容 C1充電時(shí)，電容 C3向光可控硅S22MD1V放電維持其導(dǎo)通，如此反復(fù)保持S22MD1V光可控硅的導(dǎo)通。S22MD1V光可控硅的輸出側(cè)的AC 24V被調(diào)整為正半波信號(hào)，維持動(dòng)態(tài)繼電器的負(fù)載部分繼電器的吸起。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)切斷輸出DC24 V、1 Hz方波信號(hào)后，TLL113光耦截止，C1不再導(dǎo)通光可控硅S22MD1V工作。當(dāng)C3放電結(jié)束后，S22MD1V光可控硅關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)繼電器延時(shí)落下。

2 故障原因探究

對(duì)故障的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器進(jìn)行電氣特性測(cè)試，繼電器線圈部分工作值與釋放值均符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。測(cè)試動(dòng)態(tài)特性時(shí)，切斷DC24 V時(shí)繼電器斷電不落下，初步判斷JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器內(nèi)的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路板上的S22MD1V光可控硅芯片因雷擊而損壞。

對(duì)發(fā)生故障的JSDXC2-1700型繼電器進(jìn)行如下測(cè)試。

1）先進(jìn)行繼電器工作交流電源測(cè)試，測(cè)試時(shí)僅對(duì)繼電器4、63端施加AC24 V信號(hào)，繼電器吸起。

2）分別取下其中一路S22MD1V光可控硅芯片對(duì)繼電器進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)?shù)谝宦饭饪煽毓栊酒瑔为?dú)工作時(shí)造成繼電器不釋放，而使用第二路光可控硅芯片單獨(dú)工作時(shí)繼電器工作正常。

3）用萬(wàn)用表初步測(cè)試故障芯片引腳電阻等參數(shù)，并與完好芯片對(duì)比，無(wú)異常。

4）分別測(cè)試兩塊光可控硅開啟電流。根據(jù)光可控硅的結(jié)構(gòu)原理，S22MD1V內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。其開啟電流測(cè)試方法為：5、4 腳串入電阻接入DC7 V電壓，保證在電路導(dǎo)通的情況下發(fā)光二極管可以點(diǎn)亮，1、2 腳從0開始加電，直到發(fā)光二極管點(diǎn)亮，需要的電流即為開啟電流。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試兩塊芯片開啟電流均在0.5 mA左右，無(wú)異常，符合技術(shù)指標(biāo)規(guī)定。

圖2 S22MD1V光可控硅內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.2 Internal structure diagram of S22MD1V silicon-controlled rectifier

5）對(duì)故障光可控硅芯片單獨(dú)測(cè)試。輸入端不加電，僅對(duì)輸出端5、4腳施加直流電，從0開始逐漸升高，當(dāng)電壓達(dá)到28 V時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。測(cè)試電路如圖3所示。

圖3 S22MD1V型光可控硅漏流測(cè)試Fig.3 Leakage current test of S22MD1V silicon-controlled rectifier

6）對(duì)完好芯片單獨(dú)測(cè)試。輸入端不加電，僅對(duì)輸出端 5、4 腳施加直流電，從0開始逐漸升高，漏流始終保持 0.2 μA，電壓達(dá)到55 V時(shí)，發(fā)光二極管不亮。根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果，該繼電器故障原因?yàn)槠渲幸宦稴22MD1V光可控硅芯片內(nèi)部損壞。當(dāng)輸入端電信號(hào)切斷時(shí)，交流信號(hào)無(wú)法對(duì)光可控硅輸出端進(jìn)行切斷，造成芯片輸出端一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，繼電器不能可靠釋放。

3 JSDXC2－1700型動(dòng)態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路的改進(jìn)

分析JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器的動(dòng)態(tài)電路板上的S22MD1V光可控硅芯片損壞后，導(dǎo)致當(dāng)輸入端微機(jī)輸出電信號(hào)切斷時(shí)，無(wú)法切斷光可控硅輸出端繼電器工作電源，造成繼電器錯(cuò)誤勵(lì)磁。因此必須對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)。

考慮到動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)繼電器與外部的接口條件，既要保證對(duì)既有的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件不做大的修改，同時(shí)要減少外部配線的施工工作量，借鑒目前現(xiàn)場(chǎng)選用的DS6-DTH2-TW動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)盒+偏極繼電器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)繼電器的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)輸出的驅(qū)動(dòng)電路。在既有工程中實(shí)際應(yīng)用的DS6-DTH2-TW動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)盒技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路板進(jìn)行適配性修改，改進(jìn)方法如下。

1）采用目前在用的DS6-DTH2-TW駝峰動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)盒中動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路四路輸出的其中一路，替代JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器中的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路。

2）為直接替代既有在軌運(yùn)行的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器，將在用的DS6-DTH2-TW駝峰動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)盒的繼電器負(fù)載工作電源的電源輸入DC25 V修改為AC24 V。同時(shí)將駝峰控制系統(tǒng)微機(jī)輸出的頻率由5 Hz方波信號(hào)（DC24 V）修改為1 Hz方波信號(hào)（DC24 V）。改進(jìn)后的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器電路原理如圖4所示。

圖4 JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器改進(jìn)電路原理Fig.4 Schematic diagram of improved circuit of JSDXC2-1700 dynamic relay

3）改進(jìn)后的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路板部分借鑒了DS6-DTH2-TW動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元盒，兩者之間的主要區(qū)別技術(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器的改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)對(duì)比Tab.1 Improved drive circuit technology comparison of JSDXC2-1700 dynamic relay

改進(jìn)后的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路功能示意如圖5所示。改進(jìn)后的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路采用推挽電路為核心的電容泵式充電方式，驅(qū)動(dòng)電路的原理更為可靠，不存在器件損壞造成故障升級(jí)的可能，克服繼電器錯(cuò)誤吸起的故障。同時(shí)，負(fù)載的繼電器工作電源處理電路部分設(shè)計(jì)了針對(duì)工作電源的橋式整流和雙重濾波電路，繼電器工作電源可兼容AC24 V和DC25 V兩種制式，適應(yīng)各類信號(hào)電源屏供電。改進(jìn)后的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器電路能滿足既有站場(chǎng)中的駝峰控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制要求。

圖5 JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器改進(jìn)電路功能Fig.5 Improved circuit functions of JSDXC2-1700 dynamic relay

4 結(jié)語(yǔ)

JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器改進(jìn)電路修改完成后，經(jīng)過(guò)技術(shù)評(píng)審、性能測(cè)試滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，安全性和可靠性優(yōu)于既有的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器，改進(jìn)后的驅(qū)動(dòng)電路不存在器件損壞造成故障升級(jí)的可能。自2019年8月，在上海局蕪湖東駝峰場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更換應(yīng)用，相關(guān)繼電器運(yùn)行穩(wěn)定。2021年7月，改進(jìn)后的JSDXC2-1700型動(dòng)態(tài)繼電器在上海局南京東駝峰、徐州北上行駝峰等站進(jìn)行推廣使用，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用穩(wěn)定。后續(xù)可在類似站場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)中推廣使用，對(duì)類似站場(chǎng)問(wèn)題也可借鑒。