ZPW2000A 轨道电路移频器材常见故障分析

2020-06-19张春涛中国铁路上海局集团有限公司南京电务段

上海铁道增刊 2020年1期

张春涛中国铁路上海局集团有限公司南京电务段

1 引言

我国铁路系统复杂而庞大，至今我国铁路总里程数已超过13 万公里，完善、高效的铁路信号系统是保证运输效率、提质增量的重要前提。ZPW2000A 无绝缘轨道电路是铁路信号系统的关键部分，其工作的稳定性、可靠性与铁路安全运输有着至关重要的联系。因此应对ZPW2000A 无绝缘轨道电路做倾向性故障分析，归纳总结常见问题点，并掌握日常维护方法，有效提高器材使用寿命，降低故障率，确保铁路运输的安全、高效、稳定。

2 数据统计与故障分析

为了实现ZPW2000A 无绝缘轨道电路移频器材的准确分析，本文收集了2019 年1 至12 月不同规格型号故障移频器材相关数据，力求通过现场数据进行可靠性分析。

2019 年1 月至12 月，故障返修器材共计106 件，其中移频器材81 件，占比76.4%，故障率远远高于其他种类器材。现根据移频器材返修情况，在器材种类、型号、返修件数、现场反映故障现象、测试分析原因等方面进行汇总分析，并制作2019 年1 月至12 月移频器材故障分析统计表，如表1 所示。

（1）按器材种类统计，主要包括发送器、接收器、衰耗器、调谐匹配单元、空心线圈、匹配变压器。

（2）按器材故障现象统计，主要包括器材发热严重、器材不工作、电流超上限、电压波动、对地绝缘不良等。

（3）按不良原因统计，主要包括电容不良、三极管不良、集成电路不良、电源模块不良、电压传感器不良、三防漆脱落、线圈老化等。

表1 2019 年1 月至12 月移频器材故障分析统计表

3 故障案例分析过程及结论

由于移频器材种类繁多，现场使用环境条件分为室内器材与室外器材，因此针对性各分析一件典型故障案例，通过分析比较，掌握器材故障点，根据不同故障现象，准确判断不良器材并及时更换，有效减小安全隐患。

3.1 案例一

京沪线中继站3211BG 出现10 s 红光带，而后恢复。经现场查看，该区段主发送器空开跳闸，并无法再合上，备发送器正常工作，对外输出移频信号。

3.1.1 初步检查及判断

（1）发送器整机测试情况

发送器返修后，采用ZPW2000A 移频测试台对该器材的各项指标进行全部测试，经测试发现该器材开机上电后耗电电流已达到I=9.85 A，工作灯亮红灯。上述指标具体测试值详见表2。

表2 维修前整机测试记录表

（2）故障检查

进一步对故障的发送器进行检测，发现功放电路元器件三极管 V1 的 B、C 端击穿，V18E、C 端被击穿，导致发送器带载后不能正常工作，更换新三极管后故障排除。

（3）更换故障元器件后整机测试记录

将更换元器件后的发送器组装完毕后，放置于测试台上进行测试，各项参数均正常，测试记录详见表3。

表3 更换故障元器件后整机测试记录表

3.1.2 分析过程及结论

（1）三极管击穿导致发送器故障原因分析

图1 发送器工作原理图

从图1 分析可知：发送器功放电路为典型乙类推挽放大电路，正负半周要求完全对称；V2 为功放电路中的前级放大管，V18 为功放电路中的后级输出放大管，放大管 V2、V18 不良后，整个放大电路平衡失效，负半周信号的波形失真导致功出电压降低，当低于输出电压回检的门限值时，FBJ 落下。

（2）分析结论

根据测试试验及分析，该发送器不良是因为功放板前级放大三极管V2 的B、C 端被击穿，后级输出三极管V18 的E、C 端被击穿。在三极管V18 的E、C 端未彻底被击穿的前期，功放放大电路平衡失效，负半周信号的波形失真导致功出电压降低，发送器带载工作能力下降、无法输出正常的功出电压，致使冗余系统切换至备发送器工作，但是因为主发送器功放放大三极管为软故障，空载后又能正常工作，冗余系统又切回到主发送器工作，主发送器与备发送器不断来回切换，致使轨道电路出现红光带的同时，又进而加重三级管E、C 极间的击穿程度，直到主发送器不能输出功出电压，切换到备发送器工作后，轨道电路才能恢复正常。当三级管V18 的E、C 极完全被击穿，发送器24 V 电源电压短路，此时控制发送器的断路器会跳闸。

3.2 案例二

现场工区人员反馈调谐匹配单元在实际应用中电缆对地绝缘性能降低，更换备品后绝缘性能恢复正常。

3.2.1 初步检查及判断

调谐匹配单元返修后，对该器材绝缘性能进行了大量测试实验工作，采用绝缘测试仪输出直流500 V 电压，在E1E2与V1V2 之间测试绝缘电阻值，通过常温、高温、低温、交变湿热等型式试验，测试结果均大于200 MΩ，没有发现异常问题。

3.2.2 分析过程及结论

上述型式试验没有发现异常问题，怀疑现场应用环境较试验环境更加恶劣，因为试验环境较为干燥，故障点又恢复正常了，接下来考虑采用非常规手段做进一步的分析测试。

图2 现场测试电缆绝缘性能示意图

现场人员定期按图2 所示方式测试电缆对大地的绝缘电阻，钢轨对大地的等效电阻不是无穷大，一般为数十至数百欧姆等级，当调谐匹配单元E1E2 电气网络对V1V2 电气网络绝缘性能降低时，能够引起现场应用中电缆对大地绝缘性能下降的问题。所以此次排查的关键点是找出E1E2 电气网络同V1V2 电气网络之间绝缘降低的位置。

图3 调谐匹配单元实物图

分析过程中发现，E1E2 电气连接网络其中的a 点和V1V2 电气连接网络其中的b 点（如图3 所示）之间起绝缘作用的三防漆有脱落痕迹，然后人为在a、b 之间涂抹潮湿的水汽后，绝缘电阻由正常的大于200 MΩ 下降至27 MΩ，水汽烘干后又恢复到正常值。后续涂抹三防漆后再次测试，绝缘电阻没有出现降低的问题。因此，E1E2 对V1V2 绝缘性能下降是三防漆脱落导致的。

4 提高器材使用寿命的方法

按器材元器件特性分类，可以分为易损元器件和非易损元器件。易损件如集成电路、电阻、电容、二极管、三极管等，非易损件如电感、晶振、滤波器等。通过对2019 年1 至12 月故障移频器材原因分析统计和典型故障案例分析发现，易损元器件损坏是导致器材故障的主要原因。要想避开易损元器件的影响，就应加强对器材的日常维护。具体日常维护方法如下：

（1）严格按器材操作规程通电使用，工作电压要稳定，以免器材受到瞬间高电压冲击而损坏。

（2）移频器材工作温度有着明确要求。室内移频器材温度保持在：-5 ℃～+40 ℃；室外移频器材温度保持在：-40 ℃～+70 ℃。

（3）电子器材要注意防尘，以免器材内部易损件在静电效应中而损坏。定期对器材表面进行除尘处理，以免粉尘聚集发生静电感应而损坏器材。

（4）器材在工作时，要善于听、闻、观、测，发现下列异常现象，立即停用并更换器材。

①听：若听到器材内发出“滋滋滋”等异常声，这说明器材内部电路存在异常现象。

②闻：感觉空气中弥漫着“烧焦”等异味，这说明器材内部电路存在过流、过压或某元器件已烧毁等异常现象。

③观：器材在运行中，若发现功出电压波形波动或异常报警，这说明器材内部电路工作异常。

④测：定期对移频器材电气特性进行测试统计并对比分析，发现异常状况要及时反馈，排除隐患。